Les astronomes ont découvert la galaxie la plus ancienne et la plus éloignée

Selon les modèles cosmologiques les plus répandus, l'univers a commencé avec le Big Bang il y a environ 13,8 milliards d'années.

Malgré cela, les astronomes ne savent toujours pas à quoi ressemblait l'univers primitif, car cette période coïncidait avec «l'âge sombre» cosmique. Par conséquent, ils continuent d'étendre les capacités de leurs instruments pour voir quand les premières galaxies se sont formées.

Grâce à une nouvelle étude menée par une équipe internationale d'astronomes, la galaxie la plus ancienne et la plus éloignée observée dans notre univers à ce jour (GN-z11) a été identifiée.

Le groupe, dont l'étude a été récemment publiée dans la revue Nature Astronomy, était dirigé par Linghua Jiang de l'Institut Kavli d'astronomie et d'astrophysique et le professeur Nobunari Kasikawa de l'Université de Tokyo.

Ils ont été rejoints par des chercheurs des observatoires du Carnegie Institute of Science, du Steward Observatory, de l'Observatoire de Genève, de l'Université de Pékin et de l'Université de Tokyo.

En termes simples, les âges sombres cosmiques ont commencé environ 370 000 ans après le Big Bang et se sont poursuivis pendant encore 1 milliard d'années.

À cette époque, les seules sources de lumière étaient soit des photons libérés plus tôt - qui peuvent encore être détectés aujourd'hui comme le fond cosmique micro-ondes (CMB) - soit ceux libérés par des atomes d'hydrogène neutres. La lumière de ces photons est tellement déplacée en raison de l'expansion de l'Univers qu'aujourd'hui ils nous sont invisibles.

Cet effet est connu sous le nom de «décalage vers le rouge», lorsque la longueur d'onde de la lumière s'allonge (ou «se décale» vers l'extrémité rouge du spectre) alors qu'elle se déplace à travers l'espace en constante expansion sur son chemin vers nous.

Pour les objets s'approchant de notre galaxie, l'effet est inversé: la longueur d'onde est raccourcie et décalée vers l'extrémité bleue du spectre (également appelée «décalage bleu»).

Pendant près d'un siècle, les astronomes ont utilisé ces effets pour déterminer la distance aux galaxies et la vitesse à laquelle l'univers se développe. Dans ce cas, l'équipe de recherche a utilisé le télescope Keck I à Maunakey, Hawaï pour mesurer le décalage vers le rouge du GN-z11 et déterminer sa distance.

Leurs résultats ont montré qu'il s'agit de la galaxie la plus éloignée (et la plus ancienne) jamais observée. Comme l'explique Kasikawa dans un communiqué de presse de l'Université de Tokyo:

«Selon des recherches antérieures, la galaxie GN-z11 semble être la galaxie détectable la plus éloignée de nous, à 13,4 milliards d'années-lumière, soit 134 millions de kilomètres (soit 134, suivi de 30 zéros). Mais mesurer et vérifier une telle distance n'est pas facile. »

Plus précisément, l'équipe a examiné les raies d'émission de carbone émanant du GN-z11, qui étaient dans la gamme ultraviolette lorsqu'elles ont quitté la galaxie et ont été décalées 10 fois - dans la gamme infrarouge (0,2 micromètre) - au moment où elles ont atteint la Terre.

Ce niveau de décalage vers le rouge indique que cette galaxie existait il y a environ 13,4 milliards d'années, soit à peine 400 millions d'années après le Big Bang.

GN-z11 est si loin qu'il définit la frontière même de l'univers observable! Bien que cette galaxie ait été observée dans le passé (par Hubble), des mesures précises nécessitaient la résolution et les capacités spectroscopiques de l'observatoire de Keck.

Cela a été fait dans le cadre de l'étude du spectrographe multi-objets pour l'exploration infrarouge (MOSFIRE), au cours de laquelle les raies d'émission GN-z11 ont été capturées en détail.

Cela a permis à l'équipe de produire des estimations de distance pour cette galaxie qui étaient 100 fois meilleures que toutes les mesures précédentes.

«Le télescope spatial Hubble a détecté une signature dans le spectre GN-z11 à plusieurs reprises. Cependant, même Hubble ne peut pas résoudre les lignes de rayonnement ultraviolet dans la mesure où nous en avions besoin. Par conséquent, nous nous sommes tournés vers un spectrographe au sol plus moderne, un instrument de mesure des raies d'émission, appelé MOSFIRE, qui est installé sur le télescope Keck I à Hawaï. "

Si des observations ultérieures peuvent confirmer les résultats de cette étude, alors les astronomes peuvent affirmer avec confiance que GN-z11 est la galaxie la plus éloignée jamais observée. En étudiant de tels objets, les astronomes espèrent mettre en lumière une période de l'histoire cosmique où l'univers n'avait que quelques centaines de millions d'années.

Cette période coïncide avec le moment où l'univers a commencé à émerger de «l'âge sombre», les premières étoiles et galaxies se sont formées et ont rempli l'univers primitif de lumière visible.

En les étudiant, les astronomes espèrent en savoir plus sur la manière dont les structures à grande échelle de l'univers ont évolué par la suite. Les télescopes de nouvelle génération tels que le télescope spatial James Webb (JWST), dont le lancement est prévu le 31 octobre 2021, y contribueront.

Les observations qui ont rendu l'étude possible ont été réalisées dans le cadre d'un programme d'échange de temps entre l'observatoire de Keck et le télescope Subaru à Maunakey, Hawaï.

L'article a été publié par Universe Today.