Pourquoi les galaxies de l’amas sont différentes de celles de tous les autres protoamas connus est un mystère


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  • Une équipe internationale d’astronomes dirigée par des chercheurs de l’Université de Californie à Riverside a découvert un amas massif inhabituel de jeunes galaxies se formant dans l’univers primitif. La métropole galactique en croissance récemment découverte, nommée MAGAZ3NE J095924 + 022537, est un amas de galaxies nouveau-né, ou protoamas, composé d’au moins 38 galaxies membres, et se trouve à environ 11,8 milliards d’années-lumière de la Terre.

    Les amas de galaxies se développent avec le temps sous l’effet de la gravité et, dans l’univers actuel, peuvent contenir des centaines voire des milliers de galaxies, ainsi que des gaz chauds et de la matière noire. Au fil du temps, leurs galaxies brûlent le carburant disponible et évoluent de galaxies vigoureusement formatrices d’étoiles vers des galaxies rouges et mortes.

    « Dans l’univers primitif, tous les protoamas découverts jusqu’à présent sont pleins de galaxies vigoureusement formatrices d’étoiles », a déclaré Ian McConachie, étudiant diplômé du département de physique et d’astronomie de l’UC Riverside et auteur principal de l’article de recherche publié dans le Journal astrophysique. « Mais incroyablement, contrairement à tous les autres protoclusters qui ont été trouvés à cette époque, de nombreuses galaxies dans MAGAZ3NE J0959 semblent avoir déjà cessé de former des étoiles. »

    La coauteure Gillian Wilson, professeure de physique et d’astronomie à l’UCR dans le laboratoire duquel McConachie travaille, a déclaré que J0959 a été découvert à partir de l’enquête « Massive Ancient Galaxies At Z> 3 NEar-infrared », ou MAGAZ3NE, conçue pour découvrir et étudier les galaxies ultramassives et leurs voisins.

    « Nous voyons ce protocluster tel qu’il est apparu lorsque l’univers avait moins de 2 milliards d’années », a-t-elle déclaré. « C’est comme si vous preniez un amas comme Coma, l’amas riche de galaxies le plus proche de la Terre, et que vous le placiez dans l’univers primitif. »

    Le co-auteur Benjamin Forrest, un ancien chercheur postdoctoral du laboratoire de Wilson qui est maintenant basé à UC Davis, a expliqué qu’au cœur de MAGAZ3NE J0959 se trouve une galaxie ultramassive qui a déjà formé une masse de plus de 200 milliards de soleils.

    « Pourquoi cette galaxie ultramassive et tant de ses voisins ont formé la plupart de leurs étoiles puis sont devenues inactives alors que l’univers était encore si jeune, contrairement à d’autres protoamas connus de la même époque, est un grand mystère », a-t-il déclaré. « Pourquoi ses galaxies sont si différentes de celles de tous les autres protoamas connus, et si similaires à celles de Coma, est un mystère complet. »

    Forrest a ajouté que MAGAZ3NE J0959 a été découvert depuis le sol, mais l’avènement de nouvelles capacités puissantes, comme le télescope spatial James Webb récemment lancé, devrait bientôt révéler s’il existe d’autres protoclusters comme MAGAZ3NE J0959 rempli de galaxies mortes attendant d’être trouvées dans le univers primitif.

    « Si de tels protoclusters étaient trouvés en grand nombre, cela signifierait que le paradigme actuel de la formation de protoclusters nécessiterait une révision majeure », a déclaré Forrest. « Un nouveau scénario de protoclusters existant dans une diversité d’états dans l’univers primitif devrait être adopté. Avec l’extinction de nombreuses galaxies membres au cours des deux premiers milliards d’années, cela poserait presque certainement des défis importants pour les modèles actuels de simulation de galaxies. »

    L’équipe a utilisé les observations spectroscopiques du spectrographe multi-objets pour l’exploration infrarouge de l’observatoire WM Keck, ou MOSFIRE, pour effectuer des mesures détaillées de MAGAZ3NE J0959 et quantifier précisément ses distances.

    Étroitement associée à la question de la formation des galaxies ultramassives est la question de l’environnement dans lequel elles se forment, par exemple, se trouvent-elles toujours dans des environnements surdenses comme les protoamas, ou peuvent-elles aussi se former de manière isolée ? Ensuite, l’équipe prévoit d’étudier le voisinage de toutes les autres galaxies ultramassives dans l’enquête MAGAZ3NE pour répondre à cette question.

    Les autres chercheurs impliqués dans l’étude sont Cemile Marsan et Adam Muzzin de l’Université York, Canada; Michael Cooper de l’UC Irvine ; Marianna Annunziatella et Danilo Marchesini de l’Université Tufts ; Jeffrey Chan et Mohamed Abdullah de l’UCR ; Percy Gomez de l’observatoire Keck ; Paolo Saracco de l’Observatoire astronomique de Brera, Italie ; Julie Nantais de l’Université nationale Andrés Bello, Santiago, Chili.

    L’étude a été soutenue par des subventions de la National Science Foundation et de la NASA.

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