Communiqué de presse

Méga fusions anciennes de galaxies

ALMA et APEX détectent des conglomérats massifs de galaxies en formation dans l’Univers jeune

25 avril 2018

Les télescopes ALMA et APEX ont sondé l’Univers lointain – cette époque à laquelle l’Univers n’était âgé que du dixième de son âge actuel – et assisté aux tous débuts de gigantesques carambolages cosmiques : les collisions imminentes de jeunes galaxies à formation d’étoiles. Les astronomes pensaient que ces événements s’étaient produits quelque trois milliards d’années après le Big Bang. Ils ont donc été surpris de constater, au travers de ces nouvelles observations, que ces collisions sont en réalité survenues alors que l’Univers était deux fois plus jeune ! Ces anciens systèmes de galaxies sont supposés avoir contribué à la formation des structures les plus massives de l’Univers connu : les amas de galaxies.

Grâce à ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) et à APEX (Atacama Pathfinder Experiment), deux équipes internationales de scientifiques pilotées par Tim Miller de l’Université Dalhousie au Canada et de l’Université de Yale aux Etats-Unis et par Ivan Oteo de l’Université d’Edimbourg au Royaume-Uni, ont découvert des concentrations étonnamment denses de galaxies sur le point de fusionner, constituant les noyaux de colossaux amas de galaxies à venir.

En sondant 90% de l’Univers observable, l’équipe de Miller a observé un protoamas de galaxies baptisé SPT2349-56. La lumière en provenance de cet objet a été émise dans notre direction alors que l’Univers n’était âgé que du dixième de son âge actuel.

Chacune des galaxies composant ce conglomérat cosmique est une galaxie à formation d’étoiles. L’extrême concentration de ces zones d’intense formation d’étoiles en fait la région la plus active observée à ce jour au sein de l’Univers jeune. Des milliers d’étoiles y naissent chaque année – contre une seule en revanche dans notre propre Voie Lactée.

L’équipe d’Oteo avait auparavant découvert, en combinant les résultats d’observation d’ALMA et d’APEX, un processus similaire de mégafusion de dix galaxies poussiéreuses à formation d’étoiles, surnommé “noyau rouge poussiéreux” en raison de sa couleur rouge prononcée.

Ivan Oteo explique la raison pour laquelle ces objets sont inattendus : “La durée de vie des sursauts stellaires poussiéreux est considérée comme relativement courte, parce qu’ils consomment leur gaz à une vitesse extraordinairement élevée. À tout instant, et en tout point de l’Univers, ces galaxies sont généralement minoritaires. Découvrir de nombreux sursauts stellaires poussiéreux brillant au même instant s’avère donc particulièrement déroutant. C’est une réalité qu’il reste à comprendre.”

Ces amas de galaxies en cours de formation nous sont tout d’abord apparus sous la forme de faibles tâches lumineuses, au travers du South Pole Telescope et de l’Observatoire Spatial Herschel. Les observations ultérieures effectuées au moyen d’ALMA et d’APEX ont montré qu’ils présentaient une structure pour le moins inhabituelle et confirmé qu’ils émettaient de la lumière depuis une époque plus reculée qu’attendu – datant d’1,5 milliards d’années après le Big Bang, en l’occurrence.

Dotées d’une résolution élevée, les nouvelles observations d’ALMA ont révélé que les deux lueurs repérées par APEX et Herschel ne sont pas issues d’objets isolés, mais de deux groupes respectivement composés de quatorze et dix galaxies massives, dont les rayons avoisinent la distance séparant la Voie Lactée de ses voisins les Nuages de Magellan.

“Ces découvertes obtenues grâce à ALMA ne sont que le sommet de l’iceberg. Des observations complémentaires effectuées au moyen du télescope APEX montrent que le nombre réel de galaxies à formation d’étoiles est vraisemblablement trois fois plus élevé. Une autre campagne d’observations actuellement menée avec l’instrument MUSE installé sur le VLT de l’ESO conduit également à l’identification d’autres galaxies”, ajoute Carlos De Breuck, astronome à l’ESO.

Les modèles théoriques et informatiques actuels laissent à penser que le temps nécessaire à l’évolution de protoamas aussi massifs est plus long que ne le suggèrent les observations. En insérant les données d’ALMA, dotées d’une résolution et d’une sensibilité supérieures, dans les simulations informatiques sophistiquées, les chercheurs peuvent étudier la formation des amas moins d’1,5 milliard d’années après le Big Bang :

“Le processus responsable de l’agrégation si rapide d’un si grand nombre de galaxies demeure un mystère. Cet amas ne s’est pas construit graduellement au fil des milliards d’années, contrairement à ce que pensaient les astronomes. Cette découverte offre la formidable opportunité d’étudier la façon dont les galaxies massives se sont rassemblées pour former de gigantesques amas galactiques”, conclut Tim Miller, doctorant à l’Université de Yale et auteur principal de l’un des articles.

Notes

Plus d'informations

Ce travail de recherche a donné lieu à deux articles, “The Formation of a Massive Galaxy Cluster Core at z = 4.3”, par T. Miller et al., à paraître au sein de la revue Nature, et “An Extreme Proto-cluster of Luminous Dusty Starbursts in the Early Universe”, par I. Oteo et al., publié dans l’Astrophysical Journal.

L’équipe de Miller est composée de : T. B. Miller (Université Dalhousie, Halifax, Canada; Université de Yale, New Haven, Connecticut, Etats-Unis), S. C. Chapman (Université Dalhousie, Halifax, Canada; Institut d’Astronomie, Cambridge, Royaume-Uni), M. Aravena (Université Diego Portales, Santiago, Chili), M. L. N. Ashby (Centre d’Astrophysique d’Harvard-Smithson, Cambridge, Massachusetts, Etats-Unis), C. C. Hayward (Centre d’Astrophysique Harvard-Smithson, Cambridge, Massachusetts, Etats-Unis; Centre de Simulations Astrophysiques, Institut Flatiron, New York, New York, Etats-Unis), J. D. Vieira (Université de l’llinois, Urbana, Illinois, Etats-Unis), A. Weiß (Institut Max-Planck dédié à la Radioastronomie, Bonn, Allemagne), A. Babul (Université de Victoria, Victoria, Canada), M. Béthermin (Aix-Marseille Université, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, France), C. M. Bradford (Institut de Technologie de Californie, Pasadena, Californie, Etats-Unis; Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californie, Etats-Unis), M. Brodwin (Université du Missouri, Kansas City, Missouri, Etats-Unis), J. E. Carlstrom (Université de Chicago, Chicago, Illinois, Etats-Unis), Chian-Chou Chen (ESO, Garching, Allemagne), D. J. M. Cunningham (Université Dalhousie, Halifax, Canada; Université de Sainte Marie, Halifax, Nova Scotia, Canada), C. De Breuck (ESO, Garching, Allemagne), A. H. Gonzalez (Université de Floride, Gainesville, Floride, Etats-Unis), T. R. Greve (University College de Londres, Gower Street, Londres, Royaume-Uni), Y. Hezaveh (Université de Stanford, Stanford, Californie, Etats-Unis), K. Lacaille (Université Dalhousie, Halifax, Canada; Université McMaster, Hamilton, Canada), K. C. Litke (Observatoire Steward, Université d’Arizona, Tucson, Arizona, Etats-Unis), J. Ma (Université de Floride, Gainesville, Floride, Etats-Unis), M. Malkan (Université de Californie, Los Angeles, Californie, Etats-Unis), D. P. Marrone (Observatoire Steward, Université d’Arizona, Tucson, Arizona, Etats-Unis), W. Morningstar (Université de Stanford, Stanford, Californie, Etats-Unis), E. J. Murphy (Observatoire National de RadioAstronomie, Charlottesville, Virginie, Etats-Unis), D. Narayanan (Université de Floride, Gainesville, Floride, Etats-Unis), E. Pass (Université Dalhousie, Halifax, Canada), Université de Waterloo, Waterloo, Canada), R. Perry (Université Dalhousie, Halifax, Canada), K. A. Phadke (Université de l’Illinois, Urbana, Illinois, Etats-Unis), K. M. Rotermund (Université Dalhousie, Halifax, Canada), J. Simpson (Université d’Edimbourg, Observatoire Royal, Blackford Hill, Edimbourg; Université de Durham, Durham, Royaume-Uni), J. S. Spilker (Observatoire Steward, Université d’Arizona, Tucson, Arizona, Etats-Unis), J. Sreevani (Université de l’Illinois, Urbana, Illinois, Etats-Unis), A. A. Stark (Centre d’Astrophysique Harvard-Smithson, Cambridge, Massachusetts, Etas-Unis), M. L. Strandet (Institut Max-Planck dédié à la Radioastronomie, Bonn, Allemagne) et A. L. Strom (Observatoires de l’Institut Carnegie pour la Science, Pasadena, Californie, Etats-Unis).

L’équipe d’Oteo est composée de : I. Oteo (Institut d’Astronomie, Université d’Edimbourg, Observatoire Royal, Edimbourg, Royaume-Uni; ESO, Garching, Allemagne), R. J. Ivison (ESO, Garching, Allemagne; Institut d’Astronomie, Université d’Edimbourg, Observatoire Royal, Edimbourg, Royaume-Uni), L. Dunne (Institut d’Astronomie, Université d’Edimbourg, Observatoire Royal, Edimbourg, Royaume-Uni; Université de Cardiff, Cardiff, Royaume-Uni), A. Manilla-Robles (ESO, Garching, Allemagne; Université de Canterbury, Christchurch, Nouvelle Zélande), S. Maddox (Institut d’Astronomie, Université d’Edimbourg, Observatoire Royal, Edimbourg, Royaume-Uni; Université de Cardiff, Cardiff, Royaume-Uni), A. J. R. Lewis (Institut d’Astronomie, Université d’Edimbourg, Observatoire Royal, Edimbourg, Royaume-Uni), G. de Zotti (INAF-Observatoire Astronomique de Padoue, Padoue, Italie), M. Bremer (Université de Bristol, Tyndall Avenue, Bristol, Royaume-Uni), D. L. Clements (Imperial College, Londres, Royaume-Uni), A. Cooray (Université de Californie, Irvine, Californie, Etats-Unis), H. Dannerbauer (Institut d’Astrophysique des Canaries, La Laguna, Tenerife, Espagne; Université de La Laguna, Département d’Astrophysique, La Laguna, Tenerife, Espagne), S. Eales (Université de Cardiff, Cardiff, Royaume-Uni), J. Greenslade (Imperial College, Londres, Royaume-Uni), A. Omont (CNRS, Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, France; UPMC Univ. Paris 06, Paris, France), I. Perez–Fournón (Université de Californie, Irvine, Californie, Etats-Unis; Institut d’Astrophysique des Canaries, La Laguna, Tenerife, Espagne), D. Riechers (Université de Cornell, Space Sciences Building, Ithaca, New York, Etats-Unis), D. Scott (Université de Colombie Britannique, Vancouver, Canada), P. van der Werf (Observatoire de Leiden, Université de Leiden, Leiden, Pays-Bas), A. Weiß (Institut Max-Planck dédié à la Radioastronomie, Bonn, Allemagne) et Z-Y. Zhang (Institut d’Astronomie, Université d’Edimbourg, Observatoire Royal, Edimbourg, Royaume-Uni; ESO, Garching, Allemagne).

L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 15 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l'Italie, les Pays-Bas, la Pologne, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est le plus grand télescope conçu exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d'un télescope géant (ELT pour Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel.

Liens

• Publication scientifique (Miller et al.)
• Publication scientifique (Oteo et al.)
• Photos d’APEX
• Photos d’ALMA

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