Observation d’un amas colossal de galaxies à 12,4 milliards d’années-lumières

Les chercheurs rapportent l’observation d’un amas de galaxies colossal situé à 12,4 milliards d’années, soit 1,4 milliard d’années après le Big Bang. La galaxie qui va en résulter sera l’une des plus grandes structures les plus massives avec une masse de 1000 milliards de soleils.


Une illustration d'artiste de cet amas avec les galaxies qui sont en train de se rapprocher pour former une galaxie géante - Crédit : ESO/M. Kornmesser
Une illustration d'artiste de cet amas avec les galaxies qui sont en train de se rapprocher pour former une galaxie géante - Crédit : ESO/M. Kornmesser

Pour la première fois, les astronomes ont assisté à la naissance d’un amas colossal de galaxies. Leurs observations révèlent qu’au moins 14 galaxies sont entassées dans une zone de seulement 4 fois plus large que le disque galactique de la Voie lactée. Les simulations par ordinateur des galaxies prédisent qu’avec le temps cet amas se rassemblera dans l’une des structures les plus massives de l’univers moderne.1

Un taux de formation d’étoiles très accélérées

Les galaxies dans cet amas produisent des étoiles à un rythme incroyable allant de 50 à 1 000 fois le taux de formation des étoiles de la Voie lactée. Ces taux sont plus élevés que ce qui peut être expliqué pour les galaxies solitaires en suggérant que les galaxies s’influencent les unes les autres et s’assemblent activement en un amas. Il semble que nous observions l’assemblage d’un amas selon le co-auteur de l’étude Chris Hayward, chercheur associé au Center for Computational Astrophysics du Flatiron Institute. C’est le chaînon manquant dans notre compréhension de la formation des amas.

Les amas de galaxies sont les plus grandes structures maintenues ensemble par la gravité dans l’univers actuel et ils contiennent des centaines voire des milliers de galaxies. Les amas se développent avec le temps, car la gravité attire plus de matière. Ce groupe de galaxies, ou protoamas est à environ 12,4 milliards d’années-lumière de la Terre. Cette distance signifie que le protoamas apparaît aujourd’hui tel qu’il existait 1,4 milliard d’années après le Big Bang.

Un protoamas de 14 galaxies

On ignore comment cet amas de galaxies a atteint une telle taille en si peu de temps selon Scott Chapman, co-auteur de l’étude. Il ne s’est pas construit progressivement sur des milliards d’années comme vous pouvez vous y attendre. Chapman, Hayward, Tim Miller de l’Université Yale et des collaborateurs ont repéré le protoamas lors d’un suivi d’une étude menée à l’aide du télescope South Pole en Antarctique.

Cette équipe a inspecté environ 6 % du ciel, mais avec une résolution relativement grossière. Dans ces observations, le protoamas était la source de lumière la plus brillante non amplifiée par l’effet de la gravité d’un objet massif qui courbe la lumière comme une lentille. Bien que brillante, la source ressemblait à une tache floue composée d’au moins trois galaxies. Une étude supplémentaire réalisée par l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array au Chili a fourni une clarté et une surprise.

Une galaxie géante d’une masse de 1 000 milliards de soleils

Cela vous frappe parce que tout à coup, il y a toutes ces galaxies selon Chapman. Nous sommes passés de 3 à 14 en un seul coup et il est devenu évident que c’était une structure massive très intéressante. Au total, le protoamas possède une masse d’environ 10 billions (dix mille milliards) de soleils. Toute cette matière dans un tel espace confiné signifie que les galaxies vont probablement fusionner au fil du temps.

Une simulation numérique développée par Hayward, Chapman et ses collègues a projeté la croissance du protoamas au cours du prochain milliard d’années. Au cours de cette période, les 14 galaxies vont fusionner en une galaxie elliptique géante entourée d’un halo de galaxies, d’étoiles et de poussière. Les chercheurs estiment que dans l’univers actuel, l’amas contiendra environ une masse de 1 000 milliards de soleils. C’est comparable à la masse de l’amas de galaxies de la Chevelure de Bérénice qui se trouve à quelques centaines de millions d’années-lumière de la Terre.

L’explication sur le gaz chaud dans les amas modernes

Les taux de formation d’étoiles étonnamment élevés dans les galaxies fournissent une preuve supplémentaire que les galaxies forment un amas selon Hayward. La surélévation observée de la formation d’étoiles au cours de l’assemblage du protoamas correspond à la composition des amas de galaxies modernes qui contiennent une abondance de vieilles étoiles du même âge. Il y a un aspect particulier de cet environnement qui fait que les galaxies forment des étoiles beaucoup plus rapidement que les galaxies individuelles qui ne sont pas dans cet endroit spécial selon Hayward. Une explication possible est que le champ gravitationnel des galaxies voisines comprime le gaz dans une galaxie en déclenchant la formation d’étoiles.

Le protoamas est un précurseur des amas de galaxies plus grands et plus matures observés dans l’univers moderne en faisant du protoamas un excellent banc d’essai pour en apprendre davantage sur la formation et l’évolution des amas actuels. Les amas modernes, par exemple, regorgent de gaz surchauffé pouvant atteindre des températures de plus de 1 million de degrés Celsius. Mais les scientifiques ne sont pas certains sur la façon dont ce gaz apparait. Le taux élevé de formation d’étoiles dans le protoamas nouvellement découvert peut fournir un indice. Un déluge d’étoiles nouveau-nées dans un amas en formation peut éjecter du gaz chaud dans les espaces entre les galaxies. Ce gaz expulsé n’est pas assez dense pour former des étoiles et se dilue au contraire à travers le groupe.

Une exploration plus poussée des protoamass apportera un éclairage supplémentaire selon Chapman. Le groupe a déjà identifié deux autres protoamas avec le South Pole Telescope même s’ils ne sont pas aussi spectaculaires.

Sources

1.
Nature. Nature. 10.1038/s41586-018-0025-2″ target= »_blank » rel= »noopener noreferrer »>http://dx.doi.org/10.1038/s41586-018-0025-2. Published April 24, 2018. Accessed April 24, 2018.

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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