Dans un scénario où des millions d'années sont considérées comme une courte période de temps, les heures sont à peine un clin d'œil. Bien qu'il puisse falloir dix ans ou plus pour observer un groupe de galaxies avec un minimum de détails pour les télescopes du monde entier, le télescope Atcama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) a pu faire le travail à une vitesse incroyable. En seulement quelques heures, une équipe d'astronomes utilisant ce télescope super puissant s'est installée sur l'emplacement de plus d'une centaine de galaxies formatrices d'étoiles dans l'Univers primitif.
Il était une fois, d'énormes quantités de naissance d'étoiles se sont produites dans les premières galaxies qui étaient riches en poussière cosmique. L'étude de ces galaxies est impérative pour notre compréhension de la formation et de l'évolution galactiques - mais elle s'est avérée difficile à la lumière visible car la poussière même qui supporte la formation d'étoiles masque également les galaxies dans lesquelles elles se sont formées. Cependant, grâce à des télescopes comme ALMA, nous sommes en mesure d'identifier et d'observer ces galaxies en nous concentrant sur des longueurs d'onde plus longues. Une lumière d'environ un millimètre est le terrain de jeu idéal pour une telle étude.
«Les astronomes attendent des données comme celle-ci depuis plus d'une décennie. ALMA est si puissant qu'il a révolutionné la façon dont nous pouvons observer ces galaxies, même si le télescope n'était pas complètement terminé au moment des observations », a déclaré Jacqueline Hodge (Max-Planck-Institut für Astronomie, Allemagne), auteur principal de l'article présentant les observations d'ALMA.
Comment savons-nous exactement où se trouvent ces galaxies? Grâce à l'utilisation du télescope expérimental Atacama Pathfinder de l'ESO (APEX), les astronomes ont pu cartographier ces cibles obscurcies par la poussière dans une certaine mesure. APEX a concentré ses capacités sur une zone de ciel de la taille de la pleine lune dans la constellation de Fornax. L'étude - Chandra Deep Field South - a été prise en charge par une variété de télescopes situés à la fois ici sur Terre et dans l'espace. C'est là que l'APEX a été reconnu pour avoir localisé 126 galaxies poussiéreuses. Cependant, ces images ne sont pas tout ce qu’elles pourraient être. Les zones de formation d'étoiles sont apparues sous forme de taches et pouvaient parfois dépasser les meilleures images faites à d'autres longueurs d'onde. Grâce à l'utilisation de l'ALMA, ces observations ont été augmentées, favorisant la résolution dans la partie millimétrique / submillimétrique du spectre et aidant les astronomes à savoir précisément quelles galaxies forment des étoiles.
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Cette séquence vidéo commence par une vue large du ciel, y compris la célèbre constellation d'Orion (The Hunter). Nous nous rapprochons progressivement d'une zone de ciel inhabituelle appelée Chandra Deep Field South qui a été étudiée par de nombreux télescopes au sol et dans l'espace. Crédit: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), APEX (MPIfR / ESO / OSO), J.Hodge et al., A. Weiss et al., NASA Spitzer Science Center, Digitized Sky Survey 2 et A. Fujii. Musique: Movetwo
Comme tous les astronomes de l'arrière-cour le savent, plus l'ouverture est grande, meilleure est la résolution. Pour améliorer leurs observations de l'Univers primitif, les astronomes avaient besoin d'un télescope plus grand. APEX se compose d'une antenne en forme de plat de douze mètres de diamètre, mais ALMA se compose de nombreux plats répartis sur de longues distances. Les signaux de toutes ses parties sont ensuite combinés et le résultat est le même que s'il s'agissait d'un télescope géant qui mesurait la même taille que l'ensemble du réseau. Un super plat!
Avec l'aide d'ALMA, les astronomes ont ensuite pris les galaxies de la carte APEX. Même si la matrice ALMA est toujours en construction et utilise moins d'un quart de ses capacités, l'équipe a pu terminer cette première phase d'observations scientifiques. Speedy ALMA était à la hauteur. À seulement deux minutes par galaxie, ce «Super Scope» a pu résoudre chacun d'eux dans une zone minuscule 200 fois plus petite que les taches APEX d'origine… et avec 300% de sensibilité en plus! Avec un historique comme celui-ci, ALMA a pu doubler le nombre d'observations en quelques heures. Maintenant, les chercheurs ont pu voir clairement quelles galaxies contenaient des régions actives de formation d'étoiles et distinguer les cas où plusieurs galaxies formatrices d'étoiles s'étaient fusionnées pour apparaître comme une seule dans des études antérieures.
«Nous pensions auparavant que les plus brillantes de ces galaxies formaient des étoiles mille fois plus vigoureusement que notre propre galaxie, la Voie lactée, ce qui risquait de se séparer. Les images ALMA ont révélé de multiples galaxies plus petites formant des étoiles à des taux un peu plus raisonnables », a déclaré Alexander Karim (Durham University, Royaume-Uni), membre de l'équipe et auteur principal d'un article d'accompagnement sur ce travail.
Apparemment, ALMA va être un énorme succès. Ces nouvelles observations ont aidé à documenter en toute confiance les galaxies poussiéreuses formant des étoiles du début de l'Univers et à créer un catalogue plus détaillé que jamais. Ces nouvelles découvertes aideront les futures observations astronomiques en donnant aux chercheurs une base fiable sur les propriétés de ces galaxies à différentes longueurs d'onde. Les astronomes n'auront plus à «deviner» à quel endroit les galaxies pourraient s'être fusionnées dans les images… ALMA l'a clairement expliqué. Cependant, n'excluez pas l'utilisation d'autres lieux tels que l'APEX. La combinaison des deux joue un rôle puissant dans l'observation de l'Univers primitif.
"L'APEX peut couvrir une grande partie du ciel plus rapidement que l'ALMA, et c'est donc l'idéal pour découvrir ces galaxies. Une fois que nous savons où chercher, nous pouvons utiliser ALMA pour les localiser exactement », a conclu Ian Smail (Durham University, Royaume-Uni), co-auteur du nouveau document.
Source de l'histoire originale: Communiqué de presse ESO Science.
