Des chercheurs utilisent Galaxy comme « télescope cosmique » pour étudier le cœur du jeune univers

Newswise – Un nouvel instrument unique, associé à un puissant télescope et à un peu d’aide de la nature, a donné aux chercheurs la possibilité de scruter les pépinières galactiques au cœur du jeune univers.

Après le big bang il y a environ 13,8 milliards d’années, l’univers primitif était rempli d’énormes nuages ​​de gaz neutre diffus, connus sous le nom de systèmes Damped Lyman-α, ou DLA. Ces DLA ont servi de pépinières galactiques, car les gaz à l’intérieur se sont lentement condensés pour alimenter la formation d’étoiles et de galaxies. On peut encore les observer aujourd’hui, mais ce n’est pas facile.

“Les DLA sont une clé pour comprendre comment les galaxies se forment dans l’univers, mais elles sont généralement difficiles à observer car les nuages ​​sont trop diffus et n’émettent pas de lumière eux-mêmes”, explique Rongmon Bordoloi, professeur adjoint de physique à la North Carolina State University. et auteur correspondant de la recherche.

Actuellement, les astrophysiciens utilisent des quasars – des trous noirs supermassifs qui émettent de la lumière – comme “rétroéclairage” pour détecter les nuages ​​DLA. Et bien que cette méthode permette aux chercheurs de localiser les emplacements DLA, la lumière des quasars n’agit que comme de petites brochettes à travers un nuage massif, ce qui entrave les efforts pour mesurer leur taille et leur masse totales.

Mais Bordoloi et John O’Meara, scientifique en chef à l’observatoire WM Keck à Kamuela, Hawaï, ont trouvé un moyen de contourner le problème en utilisant la galaxie à lentille gravitationnelle et la spectroscopie intégrale de champ pour observer deux DLA – et les galaxies hôtes à l’intérieur – qui se sont formées vers 11 il y a des milliards d’années, peu de temps après le big bang.

“Les galaxies à lentille gravitationnelle font référence aux galaxies qui semblent étirées et éclairées”, explique Bordoloi. “C’est parce qu’il y a une structure gravitationnellement massive devant la galaxie qui dévie la lumière qui en provient lorsqu’elle se dirige vers nous. Nous finissons donc par regarder une version étendue de l’objet – c’est comme utiliser un télescope cosmique qui augmente le grossissement et nous donne une meilleure visualisation.

“L’avantage de ceci est double : premièrement, l’objet d’arrière-plan est étendu à travers le ciel et lumineux, il est donc facile de prendre des lectures de spectre sur différentes parties de l’objet. Deuxièmement, parce que la lentille étend l’objet, vous pouvez sonder de très petites échelles. Par exemple, si l’objet mesure une année-lumière de diamètre, nous pouvons étudier de petits morceaux avec une très haute fidélité. »

Les lectures de spectre permettent aux astrophysiciens de “voir” des éléments dans l’espace lointain qui ne sont pas visibles à l’œil nu, tels que les DLA gazeux diffus et les galaxies potentielles qu’ils contiennent. Normalement, la collecte des lectures est un processus long et laborieux. Mais l’équipe a résolu ce problème en effectuant une spectroscopie de champ intégrale avec le Keck Cosmic Web Imager.

Les DLA sont énormes, soit dit en passant. Avec des diamètres supérieurs à 17,4 kiloparsecs, ils représentent aujourd’hui plus des deux tiers de la taille de la galaxie de la Voie lactée. À titre de comparaison, il y a 13 milliards d’années, une galaxie typique aurait un diamètre inférieur à 5 kiloparsecs. Un parsec est de 3,26 années-lumière et un kiloparsec est de 1 000 parsecs, il faudrait donc environ 56 723 années à la lumière pour traverser chaque DLA.

“Mais pour moi, la chose la plus étonnante à propos des DLA que nous avons observées est qu’elles ne sont pas uniques – elles semblent avoir des similitudes de structure, des galaxies hôtes ont été détectées dans les deux, et leurs masses indiquent qu’elles contiennent suffisamment de carburant pour la prochaine génération de formation d’étoiles », dit Bordoloi. “Avec cette nouvelle technologie à notre disposition, nous allons pouvoir approfondir la façon dont les étoiles se sont formées dans l’univers primitif.”

L’oeuvre apparaît dans Nature et a été soutenu par la National Aeronautics and Space Administration, la WM Keck Foundation et la National Science Foundation. L’Australian Research Council Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D) a également contribué aux travaux.

-peake-


Remarque aux éditeurs
: Un résumé suit.


“Résoudre le HI dans Damped
Systèmes Lyman-α qui alimentent la formation d’étoiles


EST CE QUE JE:
10.1038 / s41586-022-04616-1

Auteurs: Rongmon Bordoloi, Ahmed Shaban, Université d’État de Caroline du Nord ; John M. O’Meara, Luca Rizzi, Greg Doppmann, Observatoire WM Keck ; Keren Sharon, Université du Michigan ; Jane R. Rigby, Centre de vol Goddard de la NASA ; Jeff Cooke, Université de technologie de Swinburne, Australie, et ASTRO 3D ; Mateusz Matuszewski, D. Christopher Martin, Patrick Morrissey, James D. Neill, CalTech ; Anna M. Moore, Université nationale australienne

Publié: 18 mai 2022 dans Nature


Abstrait:
Les réservoirs de gaz atomique dense (principalement de l’hydrogène) contiennent environ 90 % du gaz neutre à un décalage vers le rouge de 3 et contribuent à 2-3 % du total des baryons dans l’Univers. Ces «systèmes Lyman-α amortis» (appelés ainsi parce qu’ils absorbent les photons Lyman-α de l’intérieur et des sources de fond) ont été étudiés pendant des décennies, mais uniquement à travers les raies d’absorption présentes dans les spectres des quasars de fond et des sursauts gamma. De tels faisceaux crayons ne limitent pas l’étendue physique des systèmes. Nous rapportons ici la spectroscopie intégrale de champ d’une galaxie brillante à lentille gravitationnelle à un décalage vers le rouge de 2,7 avec deux systèmes Lyman-α amortis au premier plan. Ces systèmes sont 238 kpc2 dans l’étendue, avec des densités de colonne d’hydrogène neutre variant de plus d’un ordre de grandeur sur des échelles kpc. Les densités moyennes des colonnes sont ~ 1020.46 – dix20.84 cm-2 et les masses totales de DLA sont de 5,5 × 108 – 1,4 × 109 montrant que les DLA contiennent le carburant nécessaire à la prochaine génération de formation d’étoiles, compatible avec des galaxies primitives relativement massives et à faible luminosité à des décalages vers le rouge> 2.

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