Les astronomes ont utilisé une galaxie comme une loupe géante pour scruter les pépinières galactiques au cœur du jeune univers.
Le «télescope cosmique» leur a donné la première vue en profondeur des énormes nuages de gaz qui se sont lentement condensés pour alimenter la formation d’étoiles et de galaxies peu après le Big Bang.
Ces nuages de gaz diffus neutres, connus sous le nom de systèmes Damped Lyman-α (DLA), peuvent encore être observés aujourd’hui, mais ce n’est pas facile.
Une équipe internationale de chercheurs a dû utiliser un nouvel instrument unique, couplé à un puissant télescope et un peu d’aide de la nature pour les observer.
«Les DLA sont essentiels pour comprendre comment les galaxies se sont formées, mais ont toujours été extrêmement difficiles à observer», a déclaré l’auteur de l’étude, le professeur Jeff Cooke, de l’université de technologie de Swinburne en Australie.
“En utilisant les puissantes capacités de l’observatoire WM Keck, certains alignements fortuits de galaxies et la relativité générale d’Einstein, nous sommes capables d’observer et d’étudier ces objets massivement importants d’une manière complètement nouvelle, nous donnant un aperçu de la façon dont les étoiles et les planètes autour nous avons été formés.
Les astronomes ont pu scruter les pépinières galactiques au cœur du jeune univers grâce à un puissant télescope et un peu d’aide de la nature. Le rendu de cet artiste montre comment les experts ont pu zoomer sur une image projetée et cartographier le gaz de deux systèmes Lyman-α amortis géants qui font les deux tiers de la taille de la Voie lactée
Auparavant, les astrophysiciens utilisaient des quasars – des trous noirs supermassifs qui émettent de la lumière – comme “rétro-éclairage” pour détecter les nuages DLA.
Bien que cette méthode permette aux scientifiques 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.
La nouvelle étude a trouvé un moyen de contourner le problème, en utilisant une galaxie à lentille gravitationnelle et une spectroscopie de champ intégrale pour observer deux DLA – et les galaxies hôtes à l’intérieur – qui se sont formées il y a environ 11 milliards d’années, peu de temps après le Big Bang.
La spectroscopie de champ intégrale permet par exemple de mesurer simultanément les spectres de plusieurs positions dans une galaxie.
«Les galaxies à lentille gravitationnelle font référence aux galaxies qui semblent étirées et éclaircies», a déclaré l’auteur Rongmon Bordoloi, professeur adjoint de physique à la North Carolina State University.
«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.”
La courbure et le grossissement de la lumière de la galaxie sont dus à la relativité générale.
Bordoloi a ajouté: “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 experts disent que les DLA ne sont pas seulement extrêmement importants, ils sont également massifs.
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.
Il faudrait plus de 50 000 ans à la lumière pour parcourir chacune d’elles.
Après le Big Bang, les DLA ont servi de pépinières galactiques, alimentant la formation de galaxies composées d’étoiles et de gaz.
Mais les observer a été difficile car ils sont principalement constitués d’hydrogène, qui ne brille ni ne brille.
Les chercheurs ont utilisé l’observatoire WM Keck à Hawaï (photo) pour aider à repérer les nuages DLA
Les lectures de spectre permettent aux astrophysiciens de “voir” des éléments dans l’espace lointain à partir de leurs signatures atomiques qui ne sont pas visibles sur les images.
Cela aide à comprendre l’étendue du gaz, son mouvement et la composition élémentaire des DLA.
Normalement, la collecte des lectures est un processus long et laborieux. Mais l’équipe a résolu le problème en effectuant une spectroscopie de champ intégrale avec le Keck Cosmic Web Imager qui peut collecter simultanément des spectres sur de nombreuses parties des DLA.
Cette innovation, combinée à la galaxie d’arrière-plan à lentille gravitationnelle étirée et éclairée, a permis aux chercheurs de cartographier le gaz diffus dans les deux DLA.
“En utilisant les dernières technologies de Keck et un peu de chance avec l’alignement des galaxies à lentilles gravitationnelles, nous avons une meilleure compréhension du fonctionnement de notre univers que jamais auparavant”, a déclaré le professeur Cooke.
La recherche a été publiée dans la revue Nature.
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