La plupart des premières galaxies que les astronomes ont pu observer sont petites avec une production d'étoiles faible à modérée. Mais maintenant, l'Observatoire spatial Herschel a trouvé une galaxie massive remplie de poussière produisant des étoiles à un rythme incroyable, tout cela se produisant lorsque le cosmos n'avait que 880 millions d'années. La galaxie est à peu près aussi massive que notre Voie lactée, mais elle produit des étoiles à un taux 2 000 fois plus élevé, ce qui a incité les chercheurs à l'appeler une galaxie à «explosion maximale d'étoiles».
Les astronomes impliqués dans sa découverte disent que sa simple existence remet en question nos théories de l'évolution des galaxies.
«Les galaxies massives et intenses d’éclatement d’étoiles ne devraient apparaître qu’à des époques cosmiques ultérieures», explique Dominik Riechers, actuellement professeur adjoint à Cornell. «Pourtant, nous avons découvert cette explosion colossale d'étoiles à peine 880 millions d'années après le Big Bang, lorsque l'univers atteignait à peine plus de 6% de son âge actuel. Riechers est le premier auteur de l'article décrivant les résultats du numéro du 18 avril de la revue Nature.
La pensée dominante sur la formation précoce des galaxies et des étoiles a été que les premières galaxies à se former étaient relativement petites et légères, ne contenant que quelques milliards de fois la masse de notre Soleil. Ils forment leurs premières étoiles à des taux de quelques fois supérieurs à ceux de la Voie lactée aujourd'hui, et les galaxies se développeraient en fusionnant avec d'autres petites galaxies. En théorie, des galaxies aussi massives que la nouvelle galaxie - nommée HFLS3 - ne devraient pas être présentes si peu de temps après le Big Bang.
HFLS3 apparaît comme un peu plus qu'une légère tache rouge dans les images du Herschel Multi-tiered Extragalactic Survey (HerMES).
La distance extrême avec HFLS3 signifie que sa lumière a voyagé pendant près de 13 milliards d'années à travers l'espace avant de nous atteindre. Nous le voyons donc tel qu'il existait dans l'Univers infantile, à peine 880 millions d'années après le Big Bang ou à 6,5% de l'âge actuel de l'Univers.
Même à ce jeune âge, HFLS3 était déjà proche de la masse de la Voie lactée, avec environ 140 milliards de fois la masse du Soleil sous la forme d'étoiles et de matériaux formant des étoiles. Après 13 milliards d'années supplémentaires, elle aurait dû devenir aussi grande que les galaxies les plus massives connues dans l'Univers local.
«Rechercher les premiers exemples de ces usines à étoiles massives, c'est comme chercher une aiguille dans une botte de foin; l'ensemble de données Herschel est extrêmement riche », a déclaré Riechers.
Herschel a détecté des dizaines de milliers de galaxies massives formant des étoiles dans le cadre de HerMES et les parcourir pour trouver les plus intéressantes est un défi.
"Cette galaxie particulière a attiré notre attention car elle était lumineuse et pourtant très rouge par rapport à d'autres comme elle", a déclaré le co-enquêteur Dave Clements de l'Imperial College de Londres.
Bien que la découverte de cette seule galaxie ne soit pas suffisante pour renverser les théories actuelles de la formation des galaxies, trouver plus de galaxies comme celle-ci pourrait défier ces théories, disent les astronomes. À tout le moins, les théories devront être modifiées pour expliquer comment cette galaxie s'est formée, dit Riechers.
"Cette galaxie n'est qu'un exemple spectaculaire, mais elle nous dit qu'une formation d'étoiles extrêmement vigoureuse était possible au début de l'univers", explique Jamie Bock, professeur de physique à Caltech et co-auteur de l'article.
Lisez le document de l'équipe: Une galaxie massive à explosion de poussière maximale masquée par la poussière avec un décalage vers le rouge de 6,34
Sources: ESA, JPL, Caltech
