"La galaxie la plus lointaine jamais vue!" N'avons-nous pas entendu celui-là auparavant? (Voir ici et ici, par exemple.) S'il est vrai que les astronomes continuent de pousser plus loin dans le temps avec de meilleurs instruments, il y a des défis fondamentaux à la fois dans l'observation et la mesure des distances jusqu'aux premières galaxies du cosmos.
C'est pourquoi cette nouvelle observation d'une galaxie qui s'est formée environ 700 millions d'années après le Big Bang est importante. Alors que des dizaines de galaxies ont été identifiées qui se sont formées à cette époque, les astronomes n'ont mesuré des distances précises que pour cinq d'entre elles. Cette galaxie marque la sixième, et c'est la plus éloignée du groupe. Peut-être encore plus important que la mesure de distance, les chercheurs ont déterminé que cette galaxie a donné naissance à de nouvelles étoiles à plus de 100 fois le rythme de la Voie lactée aujourd'hui. Cela indique que les premières galaxies peuvent avoir été plus agressives avec la formation d'étoiles qu'on ne le croyait auparavant.
Un nouvel article publié dans La nature (avertissement de paywall) décrit la mesure du décalage vers le rouge d'une galaxie identifiée dans le Cosmic Assembly Near-infrarouge Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), qui utilise le spectrographe infrarouge du télescope Keck à Hawaï. En raison de cette grande distance, le télescope spatial Hubble ne voit pas la galaxie dans ses bandes optiques, mais c'est une source lumineuse dans l'infrarouge, à la fois pour Hubble et le télescope spatial Spitzer. Redshift, si vous vous en souvenez, est une mesure de la rapidité avec laquelle une galaxie semble s'éloigner de nous alors que l'Univers se développe; plus le décalage vers le rouge est élevé, plus cette galaxie est éloignée - et donc plus il y a longtemps, elle a émis la lumière que nous voyons. À mesure que l'Univers grandit, il étire la longueur d'onde de la lumière proportionnellement. De cette façon, la lumière visible ou même l'émission ultraviolette commune aux étoiles est décalée vers le rouge dans la partie infrarouge du spectre.
Dans ce cas, les astronomes ont mesuré le décalage vers le rouge de la galaxie z8_GND_5296 (il y a un nom mémorable pour vous) à 7,51, ce qui correspond à environ 13 milliards d'années-lumière. Ils ont déterminé ce nombre en mesurant l'émission de Lyman alpha (Ly α) à partir de l'hydrogène gazeux, qui est à la fois très courant et difficile à mesurer à de si grandes distances. La lumière Ly α du gaz hydrogène à notre emplacement est d'environ 122 nanomètres, fermement dans la partie ultraviolette du spectre, mais l'émission correspondante de z8_GND_5296 est d'environ 1034 nanomètres, qui est infrarouge. (Pour obtenir le décalage vers le rouge, divisez le plus grand nombre par le plus petit et soustrayez 1. Malheureusement, la relation entre le décalage vers le rouge et la distance n'est nulle part aussi simple.)
Cependant, toutes les galaxies à des distances comparables n'ont pas d'émissions mesurables de Ly α: quelque chose semble empêcher une grande partie de cette lumière de nous atteindre. L'idée principale est un gaz intergalactique neutre diffusant la lumière, mais il y a trop peu de galaxies observées pour confirmer cette hypothèse. En conséquence, bien qu'il existe des dizaines de galaxies avec des décalages vers le rouge supérieurs à 7 (déterminés non par le spectre mais par la couleur apparente de la galaxie), les décalages vers le rouge ne peuvent pas être revérifiés pour la plupart. Cet article fait état de 43 premières galaxies, mais un seul de cet échantillon avait des émissions mesurables de Ly α.
Plus intéressant, la galaxie z8_GND_5296 est relativement riche en «métaux»: des éléments plus lourds que l'hélium. Étant donné que ces éléments sont produits par des étoiles plutôt que par le Big Bang, cela indique un cycle très rapide de naissance et de mort d'étoiles, même au moment où cette galaxie a émis la lumière que nous observons.
Pour étayer cette affirmation, les auteurs de la présente étude ont découvert que z8_GND_5296 et une galaxie similaire désignée GN 108036 ont des taux de formation d'étoiles extrêmement élevés, convertissant l'équivalent de 330 soleils en masse en nouvelles étoiles. C'est plus de 100 fois le taux de formation d'étoiles de la Voie lactée, et comparable à certaines des galaxies formatrices d'étoiles les plus extrêmes. Ces galaxies étaient auparavant considérées comme rares, donc les astronomes pourraient avoir besoin de réviser leurs estimations sur la rapidité avec laquelle de nouvelles étoiles ont été créées dans les premières galaxies.
Quoi qu'il en soit, il sera intéressant de voir à quoi ressemblent les autres premières galaxies à mesure que nos observations s'améliorent. Sans cela, nous ne saurons pas si z8_GND_5296 est une rareté dans sa formation d'étoiles extrêmes, ni comprendre pourquoi il est relativement brillant dans les émissions de Ly α alors que ses frères et sœurs ne le sont pas. Et peut-être que nous trouverons la division dans le temps entre l'ère sans galaxies et les toutes premières galaxies à se former.
