Aux origines de l'espace, de nouvelles clés dans la compréhension de la formation de l'Univers

Des astronomes d'origines japonaise, suédoise, britannique et de l'ESO ont observé, au moyen du Vaste Réseau (Sub-)Millimétrique de l'Atacama (Alma), l'une des galaxies les plus distantes connues à ce jour. 

SXDF-NB1006-2 se situe à un décalage vers le rouge (redshift) de 7,2, ce qui signifie qu'elle nous apparaît telle qu'elle était 700 millions d'années seulement après le Big Bang.

L'équipe était partie à la recherche d'éléments chimiques lourds au sein de cette galaxie, susceptibles de nous renseigner sur le taux de formation stellaire, et donc sur cette période de l'histoire de l'Univers baptisée réionisation cosmique. « La quête d'éléments lourds dans l'Univers jeune permet de déterminer le taux de formation stellaire à cette époque » détaille Akio Inoue, principal auteur de l'article de recherche dans la revue Science. « L'étude des éléments chimiques lourds nous renseigne par ailleurs sur le processus de formation des galaxies ainsi que sur les causes de la réionisation cosmique », ajoute-t-il.

Avant, l'Univers était constitué de gaz neutre. Puis, lorsque les premiers objets ont commencé à briller, quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, leur intense rayonnement rompit la neutralité des atomes de ce gaz, en l'ionisant. Au cours de cette phase, la réionisation, l'Univers dans son intégralité se transforma radicalement. Le type d'objets responsables de la réionisation suscite aujourd'hui encore de nombreux débats. L'étude des conditions régnant au sein des galaxies les plus lointaines constitue une sérieuse piste de réflexion.

Des noyaux d'oxygène existaient il y a 13 milliards d'années

Avant d'observer cette lointaine galaxie, les astronomes ont effectué des simulations numériques dans le but d'estimer la probabilité d'y observer de l'oxygène ionisé grâce à Alma. Ils ont également pris en compte des résultats d'observation de semblables galaxies situées à bien plus grande proximité de la Terre, et conclurent que les raies d'émission de l'oxygène ionisé pourraient être détectables, même à si grande distance.

Sur la base de ces éléments, ils ont effectué des observations au moyen d'Alma et détecté un rayonnement en provenance de SXDF-NB1006-2. Avec 13 milliards d'années, il s'agit de la détection d'oxygène ionisé la plus lointaine jamais réalisée sans la moindre ambiguïté. Elle atteste de la présence d'oxygène dans l'Univers jeune, âgé seulement de 700 millions d'années.

Il est apparu que l'oxygène était dix fois moins abondant dans SXDF-NB1006-2 qu'il ne l'est dans le Soleil. « Cette faible abondance s'explique par le fait que l'Univers était encore jeune à cette époque et que la formation stellaire n'en était qu'à ses balbutiements », précise Naoki Yoshida de l'université de Tokyo. « Nos simulations ont effectivement prédit une abondance dix fois moindre que celle du Soleil. Un autre résultat s'est toutefois avéré inattendu : la très faible quantité de poussière. »

L'équipe n'a pas détecté la moindre raie d'émission du carbone au sein de cette galaxie, ce qui signifie que cette jeune galaxie renferme très peu d'hydrogène non ionisé. En outre, il est apparu qu'elle ne contenait qu'une faible quantité de poussière, riche en éléments lourds. « Quelque chose d'inhabituel doit se produire au sein de cette galaxie », ajoute Inoue. J'ai le sentiment que la plupart du gaz est hautement ionisé. »

Des galaxies très lumineuses dans le domaine des ultraviolets

La détection d'oxygène ionisé révèle que de nombreuses étoiles très brillantes, des dizaines de fois plus massives que le Soleil, sont nées au sein de cette galaxie et émettent un intense rayonnement ultraviolet, responsable de l'ionisation des atomes d'oxygène.

L'absence de poussière au sein de cette galaxie permet à l'intense rayonnement ultraviolet de s'échapper et d'ioniser de vastes quantités de gaz situé à l'extérieur de la galaxie. Ainsi donc, « SXDF-NB1006-2 constituerait un exemple de sources lumineuses responsables de la réionisation cosmique », conclut Inoue. 

« Ce résultat offre une importante clé de compréhension du type d'objets impliqués dans la réionisation cosmique, ajoute Yoichi Tamura de l'université de Tokyo. Notre nouvelle campagne d'observations avec Alma a d'ores et déjà commencé. Des observations dotées d'une résolution plus élevée nous permettront de connaître la distribution ainsi que le mouvement des atomes d'oxygène ionisé au sein de la galaxie et nous fourniront des éléments indispensables à la compréhension des propriétés de cette galaxie. »

Source : futura-sciences.com