Des galaxies tourbillonnantes s’unissent autour d’un quasar rouge dans un trou noir « monstre »


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  • En utilisant le télescope spatial James Webb pour remonter le temps dans l’univers primitif, les astronomes ont découvert une surprise : un amas de galaxies fusionnant autour d’un quasar rouge rare dans un trou noir massif. Les découvertes de l’Université Johns Hopkins et d’une équipe internationale offrent une opportunité sans précédent d’observer comment, il y a des milliards d’années, les galaxies se sont fusionnées dans l’univers moderne.

    « Nous pensons que quelque chose de dramatique est sur le point de se produire dans ces systèmes », a déclaré le co-auteur Andrey Vayner, un boursier postdoctoral Johns Hopkins qui étudie l’évolution des galaxies. « La galaxie est à ce moment parfait de sa vie, sur le point de se transformer et de paraître complètement différente dans quelques milliards d’années. »

    L’ouvrage est sous presse en Lettres du journal astrophysique et disponible dès aujourd’hui sur le référentiel papier arXiv.

    Le télescope spatial James Webb, lancé en décembre dernier par la NASA, l’Agence spatiale européenne et l’Agence spatiale canadienne, est le télescope le plus grand et le plus puissant jamais envoyé dans l’espace. Ses observations générales initiales ont été révélées en juillet, mais cette imagerie de quasar est l’un des 13 projets « early look » sélectionnés dans le cadre d’un concours mondial hautement compétitif pour décider où le télescope est pointé au cours de ses premiers mois de fonctionnement.

    À Baltimore, l’équipe de Johns Hopkins a appris que la cible choisie serait observée dans les jours suivant le dévoilement par le président Biden des premières photos de Webb le 11 juillet, alors elle est restée près de leurs ordinateurs. Le samedi de l’été suivant, Vayner et l’étudiant diplômé Yuzo Ishikawa actualisaient à plusieurs reprises la base de données Webb lorsque soudainement les données sont arrivées, ce qui a conduit dimanche à une conférence d’équipe multinationale réunie à la hâte pour essayer de donner un sens aux images brutes détaillées à couper le souffle.

    Bien que des observations antérieures de cette zone par le télescope spatial Hubble de la NASA / ESA et l’instrument de spectromètre de champ intégral dans le proche infrarouge du télescope Gemini-North aient identifié le quasar et laissé entendre la possibilité d’une galaxie en transition, personne ne soupçonnait qu’avec l’imagerie nette de Webb ils verraient plusieurs galaxies, au moins trois, tourbillonnant dans la région.

    « Avec les images précédentes, nous pensions avoir vu des indices que la galaxie interagissait peut-être avec d’autres galaxies sur la voie de la fusion parce que leurs formes se déformaient au cours du processus et nous pensions que nous avions peut-être vu cela », a déclaré la co-chercheuse principale Nadia L. Zakamska, un astrophysicien de Johns Hopkins qui a aidé à concevoir le projet en 2017 avec Dominika Wylezalek, alors postdoctorante à Johns Hopkins, qui est maintenant chef de groupe à l’Université de Heidelberg. « Mais après avoir obtenu les données de Webb, je me disais : ‘Je n’ai aucune idée de ce que nous regardons ici, c’est quoi tout ça !’ Nous avons passé plusieurs semaines à regarder et à regarder ces images. »

    Le Webb a révélé au moins trois galaxies se déplaçant incroyablement rapidement, suggérant qu’une grande quantité de masse est présente. L’équipe pense qu’il pourrait s’agir de l’une des zones de formation de galaxies les plus denses connues dans l’univers primitif.

    Parce que la lumière prend du temps pour se rendre jusqu’à nous, lorsque nous regardons des objets comme celui-ci dans les régions très éloignées de l’univers, nous voyons de la lumière qui a été émise il y a environ 11,5 milliards d’années, ou des premières étapes de l’évolution de l’univers. Des essaims massifs de galaxies comme celui-ci étaient probablement courants à l’époque, a déclaré Zakamska.

    « C’est super excitant d’être l’une des premières personnes à voir cet objet vraiment cool », a déclaré Ishikawa, qui a contribué à l’interprétation de l’essaim de galaxies.

    Même Vayner, qui rêvait d’utiliser les données de Webb depuis qu’il avait entendu parler pour la première fois du télescope en tant qu’étudiant de premier cycle il y a plus de dix ans, et pensait savoir à quoi s’attendre, a été choqué de voir sa place longtemps étudiée dans l’univers révélée avec une telle clarté.

    « Cela va vraiment transformer notre compréhension de cet objet », a déclaré Vayner, qui a joué un rôle déterminant dans l’adaptation des données brutes de Webb pour l’analyse scientifique.

    Le quasar d’une brillance aveuglante, alimenté par ce que Zakamska appelle un trou noir « monstre » au centre du tourbillon galactique, est un rare quasar « extrêmement rouge », vieux d’environ 11,5 milliards d’années et l’un des plus puissants jamais vus à une telle distance. Il s’agit essentiellement d’un trou noir en formation, a déclaré Vayner, mangeant le gaz qui l’entoure et grossissant en masse. Les nuages ​​de poussière et de gaz entre la Terre et le gaz incandescent près du trou noir font apparaître le quasar en rouge.

    L’équipe travaille déjà sur des observations de suivi dans cet amas de galaxies inattendu, dans l’espoir de mieux comprendre comment se forment des amas de galaxies denses et chaotiques et comment il est affecté par un trou noir supermassif en son cœur.

    « Ce que vous voyez ici n’est qu’un petit sous-ensemble de ce qui se trouve dans l’ensemble de données », a déclaré Zakamska. « Il se passe trop de choses ici, alors nous avons d’abord souligné ce qui est vraiment la plus grande surprise. Chaque goutte ici est une galaxie bébé fusionnant dans cette galaxie maman et les couleurs sont à des vitesses différentes et tout se déplace d’une manière extrêmement compliquée. Nous peut maintenant commencer à démêler les mouvements. »

    D’autres auteurs incluent : Wylezalek, Caroline Bertemes, Weizhe Liu, Jorge K. Barrera-Ballesteros, Hsiao-Wen Chen, Andy D. Goulding, Jenny E. Greene, Kevin N. Hainline, Nora Lutzgendorf, Fred Hamann, Timothy Heckman, Sean D Johnson, Dieter Lutz, Vincenzo Mainieri, Roberto Maiolino, Nicole PH Nesvadba, Patrick Ogle et Eckhard Sturm.

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