Caractériser les premières galaxies de l’univers — seulement 200 millions d’années après le Big Bang —


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  • Une équipe internationale d’astrophysiciens, dont le professeur Rennan Barkana de la Sackler School of Physics and Astronomy de l’Université de Tel Aviv, a réussi pour la première fois à caractériser statistiquement les premières galaxies de l’Univers, qui se sont formées seulement 200 millions d’années après le Big Bang . Selon les résultats révolutionnaires, les premières galaxies étaient relativement petites et sombres. Elles étaient plus faibles que les galaxies actuelles et ne transformaient probablement que 5 % ou moins de leur gaz en étoiles. De plus, les premières galaxies n’émettaient pas d’ondes radio à une intensité bien supérieure à celle des galaxies modernes.

    Cette nouvelle étude, menée en collaboration avec l’équipe d’observation SARAS, a été dirigée par le groupe de recherche du Dr Anastasia Fialkov de l’Université de Cambridge, en Angleterre, un ancien doctorant du professeur Barkana. Les résultats de cette étude innovante ont été publiés dans la revue Astronomie naturelle.

    « Il s’agit d’un domaine très nouveau et d’une étude unique en son genre », explique le professeur Barkana. « Nous essayons de comprendre l’époque des premières étoiles de l’Univers, connue sous le nom d' »aube cosmique », environ 200 millions d’années après le Big Bang. Le télescope spatial James Webb, par exemple, ne peut pas vraiment voir ces étoiles. Il pourrait ne détecter que quelques galaxies particulièrement brillantes d’une période un peu plus tardive. Notre objectif est de sonder l’ensemble de la population des premières étoiles.

    Selon l’image standard, avant que les étoiles ne commencent à fusionner des éléments plus lourds à l’intérieur de leur noyau, notre univers n’était rien d’autre qu’un nuage d’atomes d’hydrogène du Big Bang (autre qu’un peu d’hélium et beaucoup de matière noire). Aujourd’hui, l’Univers est également rempli d’hydrogène, mais dans l’Univers moderne, il est principalement ionisé en raison du rayonnement des étoiles.

    « Les atomes d’hydrogène émettent naturellement de la lumière à une longueur d’onde de 21 cm, qui tombe dans le spectre des ondes radio », explique le professeur Barkana. « Puisque le rayonnement stellaire affecte la lumière émise par les atomes d’hydrogène, nous utilisons l’hydrogène comme détecteur dans notre recherche des premières étoiles : si nous pouvons détecter l’effet des étoiles sur l’hydrogène, nous saurons quand elles sont nées, et dans quels types de J’ai été parmi les premiers théoriciens à développer ce concept il y a 20 ans, et maintenant les observateurs sont capables de le mettre en œuvre dans des expériences réelles. Des équipes d’expérimentateurs du monde entier tentent actuellement de découvrir le signal à 21 cm de l’hydrogène dans l’Univers primordial. « 

    L’une de ces équipes est EDGES, qui utilise une antenne radio assez petite qui mesure l’intensité moyenne sur tout le ciel des ondes radio arrivant de différentes périodes de l’aube cosmique. En 2018, l’équipe EDGES a annoncé qu’elle avait trouvé le signal de 21 cm de l’hydrogène ancien.

    « Il y avait un problème avec leurs découvertes, cependant », explique le professeur Barkana. « Nous ne pouvions pas être sûrs que le signal mesuré provenait bien de l’hydrogène dans l’Univers primordial. Il aurait pu s’agir d’un faux signal produit par la conductivité électrique du sol sous l’antenne. Par conséquent, nous avons tous attendu une mesure indépendante qui confirmer ou infirmer ces résultats. L’année dernière, des astronomes indiens ont réalisé une expérience appelée SARAS, dans laquelle l’antenne a été amenée à flotter sur un lac, une surface d’eau uniforme qui ne pouvait pas imiter le signal souhaité. Selon les résultats de la nouvelle expérience, il y avait une probabilité de 95 % que EDGES ne détecte pas en fait un signal réel de l’Univers primordial. SARAS a trouvé une limite supérieure pour le signal authentique, ce qui implique que le signal de l’hydrogène précoce est probablement significativement plus faible que celui mesuré par BORDS. Nous avons modélisé le résultat de SARAS et travaillé sur les implications pour les premières galaxies, c’est-à-dire, quelles étaient leurs propriétés compte tenu de la limite supérieure déterminée par SARAS. Maintenant, nous pouvons dire pour la première fois e que les galaxies de certains types n’auraient pas pu exister à cette époque. »

    Le professeur Barkana conclut : « Les galaxies modernes, telles que notre propre Voie lactée, émettent de grandes quantités d’ondes radio. Dans notre étude, nous avons placé une limite supérieure sur le taux de formation d’étoiles dans les galaxies anciennes et sur leur émission radio globale. Et ce n’est que Chaque année, les expériences deviennent plus fiables et précises, et par conséquent nous nous attendons à trouver des limites supérieures plus fortes, nous donnant des contraintes encore meilleures sur l’aube cosmique. Nous espérons que dans un proche avenir, nous aurons non seulement des limites, mais une précision , mesure fiable du signal lui-même. »

    Source de l’histoire :

    Matériel fourni par Université de Tel-Aviv. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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