La galaxie la plus lointaine et la plus ancienne observée par le VLT

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C’est confirmé ! La galaxie UDFy-38135539 découverte initialement par Hubble, et dont on pensait qu’elle pouvait être l’une des plus lointaines connues à ce jour, détient bien le record de décalage spectral. Les mesures conduites au VLT prouvent que les images que l'on observe datent du temps où l'univers était âgé de moins de 600 millions d’années.

C’est une performance extraordinaire que vient d’accomplir un groupe d’astronomes de l’ESO (European Southern Observatory), parmi lesquels se trouvent Matthew Lehnert et Stéphane Basa, bien connus des lecteurs de Futura-Sciences. En utilisant le spectrographe Sinfoni équipant le VLT (Very Large Telescope), les chercheurs ont pu préciser la valeur du décalage spectral vers le rouge (le fameux redshift) d’une galaxie récemment observée par Hubble.
Au début de l'année 2010, les astronomes avaient en effet annoncé que plusieurs galaxies possédant un décalage spectral (noté z) supérieur à 6 avaient été identifiées, grâce à la nouvelle caméra du télescope spatial : la Wide Field Camera 3 (WCF3). Le rayonnement ultraviolet émis par ces jeunes galaxies, alors que l’âge de l’univers n’atteignait pas 800 millions d’années, se retrouve aujourd’hui pour nous dans le domaine de l’infrarouge.


Une image du Hubble Ultra Deep Field. Dans les cercles en blanc se trouvent des galaxies dont le décalage spectral est important. © Nasa-Esa G. Illingworth (UCO/Lick Observatory and University of California, Santa Cruz) and the HUDF09 Team

En effet, plus les photons ont voyagé longtemps dans l'univers pour nous parvenir, plus leur longueur d'onde est agrandie par l'expansion de l'univers. C’est d’ailleurs la véritable origine du décalage spectral vers le rouge de la lumière provenant des amas de galaxies. Il ne s’agit pas d’un effet Doppler.
Une longue pause photographique avec le VLT
Les jeunes galaxies débusquées par Hubble étant aussi peu lumineuses, il est particulièrement difficile de collecter assez de photons pour obtenir une mesure précise et fiable de ce décalage. Toutefois, la taille des miroirs du VLT et l’excellence de Sinfoni rendent possible au sol une bien meilleure estimation du redshift. Il a tout de même fallu une pose de 16 heures et 2 mois de travail d’analyse des données pour avoir une évaluation de la véritable valeur z du fort décalage spectral de certains des objets détectés par Hubble dans le Ultra Deep Field.
Comme l’annoncent les astronomes dans un article de Nature, dans le cas de UDFy-38135539, on a atteint un record : un décalage de 8,6 !



Ce décalage spectral situe donc cette galaxie en pleine période de transition entre les Âges sombres et la Renaissance cosmique, c'est-à-dire en plein dans la réionisation du cosmos. Rappelons que suite à la recombinaison (qui a vu la formation des premiers atomes neutres), l’univers est devenu transparent pour les photons qui constituent actuellement le rayonnement fossile environ 380.000 ans après le temps « zéro » de l’univers observable.
Cependant, l’hydrogène neutre baignant l’univers (et dans lequel les premières étoiles et les premiers trous noirs vont se former), constitue encore une sorte de brouillard pour les photons ultraviolets (UV) que ces jeunes astres vont produire. Toutefois, leur nombre augmentant et les premières galaxies se formant, ce rayonnement UV va réioniser une partie de l’hydrogène et de l’hélium intergalactique.
Une nouvelle fenêtre sur la réionisation
On sait encore peu de choses sur cette partie de l’histoire de l’univers s’étendant entre la recombinaison et la fin du premier milliard d’années du cosmos observable, d'où l'importance de la confirmation de l’âge de UDFy-38135539. Cela nous montre qu’en poussant à la limite les capacités de la génération actuelle d’instruments, il est déjà possible d’en savoir un peu plus sur cette période fascinante où les premières étoiles et les premières galaxies sont apparues.


Une image extraite de la simulation montrant la réionisation de l'univers observable sous l'influence du rayonnement ultraviolet des galaxies, quelques centaines de millions d'années après la recombinaison et l'émission du rayonnement fossile. Les zones ionisées par le rayonnement UV, et qui sont devenues translucides, sont en bleu. Les régions opaques aux UV, contenant encore de l'hydrogène et de l'hélium neutres, sont en noir. Le front d'ionisation est quant à lui représenté en rouge et blanc. Une vidéo complète de cette simulation se trouve sur le site de son auteur, Marcelo Alvarez. © M. Alvarez, R. Kaehler et T. Abel

En l’occurrence, le rayonnement UV émis par UDFy-38135539 semble trop faible pour expliquer la dissipation du brouillard d’hydrogène neutre l’entourant. D’autres petites galaxies, encore trop peu lumineuses pour être détectées, ont probablement contribué à ioniser cet hydrogène, rendant possible le passage de suffisamment de grains de lumière pour que UDFy-38135539 soit observable avec Hubble et le VLT.
Tout cela semble de bon augure pour les futures observations du Extremly Large Telescope (E-ELT). On devrait alors en savoir un peu plus sur nos origines cosmiques.

source : Futura-Science

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Dans la simulation ci-dessus, on peut voir les progrès de cette sortie de l'obscurité (la « réionisation » de l'Univers). Les zones ionisées, translucides, sont en bleu. Le front d'ionisation est en rouge et blanc et les régions neutres, opaques, sont en noir.



Plongée dans une image du télescope spatial Hubble
Cette dernière vidéo invite le spectateur à plonger dans le Hubble Ultra-Deep Field à la rencontre de UDFy-38135539. Tandis que l'on voyage toujours plus loin, et que la lumière des galaxies rougit (c'est un effet de l'expansion de l'Univers, qui étire les ondes lumineuses tandis qu'elles voyagent et décale leur fréquence vers les rouges), c'est le temps que l'on remonte. UDFy-38135539, petite tâche rougeâtre perdue aux fond des ages, nous envoie sa lumière d'une époque où l'univers n'avait que 600 millions d'années.

Source: Ciel & Espace