Arcs gravitationnels dans l’amas de galaxies “El Gordo”

El Gordo est un amas de centaines de galaxies qui existait lorsque l’univers avait 6,2 milliards d’années, ce qui en fait un “adolescent cosmique”. C’est le cluster le plus massif connu à l’époque. (“El Gordo” est l’espagnol pour le “Fat One”.)

L’équipe a ciblé El Gordo parce qu’il agit comme une loupe cosmique naturelle à travers un phénomène connu sous le nom de lentille gravitationnelle. Sa puissante gravité déforme et déforme la lumière des objets se trouvant derrière elle, un peu comme un verre de lunettes.

“La lentille d’El Gordo augmente la luminosité et agrandit la taille des galaxies lointaines. Cet effet de lentille offre une fenêtre unique sur l’univers lointain”, a déclaré Brenda Frye de l’Université de l’Arizona. Frye est co-responsable de la branche PEARLS-Clusters de l’équipe PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science) et auteur principal de l’un des quatre articles analysant les observations d’El Gordo.

L’hameçon

Dans l’image d’El Gordo, l’une des caractéristiques les plus frappantes est un arc lumineux représenté en rouge en haut à droite. Surnommée “El Anzuelo” (L’hameçon) par l’un des étudiants de Frye, la lumière de cette galaxie a mis 10,6 milliards d’années pour atteindre la Terre. Sa couleur rouge distinctive est due à une combinaison de rougissement dû à la poussière dans la galaxie elle-même et à un redshift cosmologique dû à sa distance extrême.

En corrigeant les distorsions créées par la lentille, l’équipe a pu déterminer que la galaxie d’arrière-plan est en forme de disque, mais seulement 26 000 années-lumière de diamètre, soit environ un quart de la taille de la Voie lactée. Ils ont également pu étudier l’histoire de la formation d’étoiles de la galaxie, constatant que la formation d’étoiles déclinait déjà rapidement au centre de la galaxie, un processus connu sous le nom d’extinction.

“Nous avons pu disséquer soigneusement le linceul de poussière qui enveloppe le centre de la galaxie où les étoiles se forment activement”, a déclaré Patrick Kamieneski de l’Arizona State University, auteur principal d’un deuxième article. “Maintenant, avec Webb, nous pouvons facilement voir à travers cet épais rideau de poussière, ce qui nous permet de voir de visu l’assemblage des galaxies de l’intérieur.”

Le Mince

Une autre caractéristique importante de l’image Webb est une longue ligne fine comme un crayon à gauche du centre. Connue sous le nom de “La Flaca” (la Mince), c’est une autre galaxie d’arrière-plan à lentilles dont la lumière a également mis près de 11 milliards d’années pour atteindre la Terre.

Non loin de La Flaca se trouve une autre galaxie à lentilles. Lorsque les chercheurs ont examiné de près cette galaxie, ils ont trouvé une seule étoile géante rouge qu’ils ont surnommée Quyllur, qui est le terme quechua pour étoile.

Auparavant, Hubble avait trouvé d’autres étoiles à lentilles (comme Earendel), mais elles étaient toutes des supergéantes bleues. Quyllur est la première étoile géante rouge individuelle observée au-delà d’un milliard d’années-lumière de la Terre. De telles étoiles à décalage vers le rouge élevé ne sont détectables qu’en utilisant les filtres infrarouges et la sensibilité de Webb.

“Il est presque impossible de voir des étoiles géantes rouges à lentilles à moins d’aller dans l’infrarouge. C’est la première que nous ayons trouvée avec Webb, mais nous nous attendons à ce qu’il y en ait beaucoup d’autres à venir”, a déclaré Jose Diego de l’Instituto de Física de Cantabrie en Espagne, auteur principal d’un troisième article sur El Gordo.

Groupe de galaxies et taches

D’autres objets de l’image Webb, bien que moins importants, sont tout aussi intéressants sur le plan scientifique. Par exemple, Frye et son équipe (qui comprend neuf étudiants du secondaire aux étudiants diplômés) ont identifié cinq galaxies à lentilles multiples qui semblent être un bébé amas de galaxies formé il y a environ 12,1 milliards d’années. Il existe une autre douzaine de galaxies candidates qui pourraient également faire partie de cet amas lointain.

“Alors que des données supplémentaires sont nécessaires pour confirmer qu’il y a 17 membres de cet amas, nous assistons peut-être à la formation d’un nouvel amas de galaxies sous nos yeux, un peu plus d’un milliard d’années après le big bang”, a déclaré Frye.

Un dernier article examine des galaxies très faibles, semblables à des taches, appelées galaxies ultra-diffuses. Comme leur nom l’indique, ces objets, dispersés dans tout l’amas d’El Gordo, ont leurs étoiles largement réparties dans l’espace. L’équipe a identifié certaines des galaxies ultra-diffuses les plus éloignées jamais observées, dont la lumière a parcouru 7,2 milliards d’années pour nous atteindre.

“Nous avons examiné si les propriétés de ces galaxies sont différentes de celles des galaxies ultra-diffuses que nous voyons dans l’univers local, et nous voyons effectivement certaines différences. En particulier, elles sont plus bleues, plus jeunes, plus étendues et plus uniformément réparties dans tout le monde. Cela suggère que vivre dans l’environnement de l’amas au cours des 6 derniers milliards d’années a eu un effet significatif sur ces galaxies », a expliqué Timothy Carleton de l’Arizona State University, auteur principal du quatrième article.

“La lentille gravitationnelle a été prédite par Albert Einstein il y a plus de 100 ans. Dans l’amas d’El Gordo, nous voyons la puissance de la lentille gravitationnelle en action”, a conclu Rogier Windhorst de l’Arizona State University, chercheur principal du programme PEARLS. “Les images PEARLS d’El Gordo sont d’une beauté hors du commun. Et elles nous ont montré comment Webb peut déverrouiller le coffre au trésor d’Einstein.”

L’article de Frye et al. a été publié dans le Revue d’Astrophysique. L’article de Kamieneski et al. a été accepté pour publication dans le Journal astrophysique. L’article de Diego et al. a été publié dans Astronomie & Astrophysique. L’article de Carleton et al. a été accepté pour publication dans le Revue d’Astrophysique.