Regarder profondément dans l'Univers observable - et donc revenir aux premières périodes de temps - est une chose extrêmement fascinante. Ce faisant, les astronomes peuvent voir les premières galaxies de l'Univers et en savoir plus sur leur évolution au fil du temps. À partir de cela, ils sont non seulement capables de voir comment les structures à grande échelle (comme les galaxies et les amas de galaxies) se sont formées, mais aussi le rôle joué par la matière noire.
Plus récemment, une équipe internationale de scientifiques a utilisé le réseau Atacama Large Millimeter-submillimeter Array (ALMA) pour observer l'Univers alors qu'il n'avait que 1,4 milliard d'années. Ce qu'ils ont observé, c'est un «protocole», une série de 14 galaxies situées à 12,4 milliards d'années-lumière sur le point de fusionner. Cela entraînerait la formation d'un amas de galaxies massives, l'un des plus grands objets de l'Univers connu.
L'étude qui décrivait leurs résultats, intitulée «Un noyau massif pour un amas de galaxies avec un décalage vers le rouge de 4,3», a récemment paru dans la revue La nature. L'étude était dirigée par Tim Miller - un astronome de l'Université Dalhousie, d'Halifax et de l'Université Yale - et comprenait des membres du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, de l'European Southern Observatory (ESO), du Conseil national de recherches du Canada, du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, l'Observatoire national de radioastronomie et plusieurs universités et instituts de recherche.
Comme ils l’indiquent dans leur étude, ce protocole (désigné SPT2349-56) a été observé pour la première fois par le South Pole Telescope de la National Science Foundation. À l'aide de l'Atacama Pathfinder Experiment (APEX), l'équipe a effectué des observations de suivi qui ont confirmé qu'il s'agissait d'une source galactique extrêmement éloignée, qui a ensuite été observée avec l'ALMA. En utilisant la résolution et la sensibilité supérieures d'ALMA, ils ont pu distinguer les galaxies individuelles.
Ce qu'ils ont découvert, c'est que ces galaxies formaient des étoiles 1000 fois plus vite que notre galaxie et étaient entassées dans une région de l'espace qui était environ trois fois la taille de la Voie lactée. À l'aide des données ALMA, l'équipe a également été en mesure de créer des simulations informatiques sophistiquées qui ont démontré comment cette collection actuelle de galaxies va probablement croître et évoluer sur des milliards d'années.
Ces simulations ont indiqué qu'une fois ces galaxies fusionnées, l'amas de galaxies résultant rivaliserait avec certains des amas les plus massifs que nous voyons dans le Space Magazine. Comme l'explique Scott Chapman, astrophysicien à l'Université Dalhousie et co-auteur de l'étude:
«Le fait d'avoir attrapé un amas de galaxies massives en pleine formation est spectaculaire en soi. Mais, le fait que cela se produise si tôt dans l'histoire de l'univers pose un formidable défi à notre compréhension actuelle de la façon dont les structures se forment dans l'univers. »
Le consensus scientifique actuel parmi les astrophysiciens indique que quelques millions d'années après le Big Bang, la matière normale et la matière noire ont commencé à former des concentrations plus importantes, donnant finalement naissance à des amas de galaxies. Ces objets sont les plus grandes structures de l'Univers, contenant des milliards d'étoiles, des milliers de galaxies, d'immenses quantités de matière noire et des trous noirs massifs.
Cependant, les théories et les modèles informatiques actuels suggèrent que les protocoles, comme celui observé par ALMA, auraient dû mettre beaucoup plus de temps à évoluer. En trouver un qui date d'à peine 1,4 milliard d'années après le Big Bang a donc été une surprise. Comme Tim Miller, qui est actuellement candidat au doctorat à l'Université de Yale, l'a indiqué:
"Comment cet assemblage de galaxies est devenu si grand si vite est un peu un mystère, il n'a pas été construit progressivement sur des milliards d'années, comme les astronomes pourraient s'y attendre. Cette découverte offre une incroyable opportunité d'étudier comment les amas de galaxies et leurs énormes galaxies se sont réunis dans ces environnements extrêmes. »
En regardant vers l'avenir, Chapman et ses collègues espèrent mener de nouvelles études sur SPT2349-56 pour voir comment ces protocoles se sont finalement transformés en amas de galaxies. "ALMA nous a donné, pour la première fois, un point de départ clair pour prédire l'évolution d'un amas de galaxies", a-t-il déclaré. "Au fil du temps, les 14 galaxies que nous avons observées cesseront de former des étoiles et entreront en collision et fusionneront en une seule gigantesque galaxie."
L'étude de ce protocole et d'autres sera rendue possible grâce à des instruments comme ALMA, mais aussi à des observatoires de nouvelle génération comme le Square Kilometer Array (SKA). Équipés de tableaux plus sensibles et de modèles informatiques plus avancés, les astronomes peuvent être en mesure de créer une chronologie vraiment précise de la façon dont notre univers est devenu ce qu'il est aujourd'hui.
