Une énorme masse de poussière d'étoile rougeoyante dans une galaxie vue peu après la formation de l'Univers a été détectée par une équipe d'astronomes dirigée par l'UCL, offrant de nouvelles perspectives sur la naissance et la mort explosive des toutes premières étoiles.

La galaxie est l'objet le plus éloigné jamais observé par l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) et a été vue lorsque l'Univers n'avait que quatre pour cent de son âge actuel, à environ 600 millions d'années, lors de la formation des premières étoiles et galaxies. C'est aussi la galaxie la plus éloignée dans laquelle de la poussière et de l'oxygène ont été détectés.

L'étude, financé par le Conseil européen de la recherche et publié aujourd'hui dans le Lettres de revues astrophysiques , observé A2744_YD4, la galaxie la plus jeune et la plus éloignée jamais vue avec ALMA.

L'équipe, dirigé par le Dr Nicolas Laporte (UCL Physique &Astronomie), a été surpris de découvrir que cette jeune galaxie, dont l'énorme distance a été confirmée avec l'instrument X-Shooter du Very Large Telescope de l'ESO, contenait une abondance de poussière interstellaire formée par la mort d'une génération d'étoiles antérieure.

Responsable d'étude, Docteur Nicolas Laporte, a déclaré:"A2744_YD4 est non seulement la galaxie la plus éloignée jamais observée par ALMA, mais la détection de tant de poussière indique que les premières supernovae ont déjà dû polluer cette galaxie. »

La poussière cosmique est principalement composée de silicium, carbone et aluminium, en grains aussi petits qu'un millionième de centimètre de diamètre. Les éléments chimiques de ces grains sont forgés à l'intérieur des étoiles et sont dispersés à travers le cosmos lorsque les étoiles meurent, le plus spectaculaire dans les explosions de supernova, le sort final de courte durée, étoiles massives.

Aujourd'hui, cette poussière est abondante et est un élément clé dans la formation des étoiles, planètes et molécules complexes; mais dans le premier Univers, avant que les premières générations d'étoiles ne s'éteignent, c'était rare.

Les observations de la galaxie poussiéreuse A2744_YD4 ont été rendues possibles parce que cette galaxie se trouve derrière un amas de galaxies massif appelé Abell 2744. Un phénomène appelé lentille gravitationnelle fait que l'amas se comporte comme un "télescope" cosmique géant, grossissant le A2744_YD4 plus éloigné d'environ 1,8 fois, permettant à l'équipe de scruter très loin dans l'univers primitif.

Les observations d'ALMA ont également détecté l'émission incandescente d'oxygène ionisé de A2744_YD4. C'est le plus éloigné, et donc plus tôt, détection d'oxygène dans l'Univers.

"Les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer nous ont fourni des informations importantes sur la distance de A2744_YD4, mais ce n'est que grâce à des instruments puissants comme X-Shooter et ALMA que nous pouvons confirmer la nature de cette lointaine galaxie poussiéreuse, " ajoute Guido Roberts-Borsani (UCL Physique &Astronomie), Doctorant et co-auteur de l'étude.

La détection de poussières dans l'Univers primitif fournit de nouvelles informations sur le moment où les premières supernovae ont explosé et donc le moment où les premières étoiles chaudes ont baigné l'Univers de lumière. Déterminer le moment de cette « aube cosmique » est l'un des saints Graal de l'astronomie moderne, et il peut être indirectement sondé par l'étude de la poussière interstellaire primitive.

L'équipe estime que A2744_YD4 contenait une quantité de poussière équivalente à 6 millions de fois la masse de notre Soleil, tandis que la masse stellaire totale de la galaxie – la masse de toutes ses étoiles – était deux milliards de fois la masse de notre Soleil. L'équipe a également mesuré le taux de formation d'étoiles dans A2744_YD4 et a découvert que les étoiles se forment à un taux de 20 masses solaires par an, contre une seule masse solaire par an dans la Voie lactée.

"Ce taux n'est pas inhabituel pour une galaxie aussi lointaine, mais cela met en lumière la rapidité avec laquelle la poussière dans A2744_YD4 s'est formée, " a expliqué le professeur Richard Ellis (ESO et UCL Physique &Astronomie), un co-auteur de l'étude. "Remarquablement, le temps requis n'est que d'environ 200 millions d'années, nous assistons donc à cette galaxie peu de temps après sa formation."

Cela signifie qu'une importante formation d'étoiles a commencé environ 200 millions d'années avant l'époque à laquelle la galaxie est observée. C'est une excellente occasion pour ALMA d'aider à étudier l'époque où les premières étoiles et galaxies se sont « allumées », l'époque la plus ancienne encore sondée. Notre Soleil, notre planète et notre existence sont les produits, 13 milliards d'années plus tard, de cette première génération d'étoiles. En étudiant leur formation, vies et morts, nous explorons nos origines.

"Avec ALMA, les perspectives d'effectuer des observations plus profondes et plus étendues de galaxies similaires à ces premiers temps sont très prometteuses, " dit le professeur Ellis.

Le Dr Laporte a conclu :« D'autres mesures de ce type offrent la perspective passionnante de retracer la formation précoce des étoiles et la création d'éléments chimiques plus lourds encore plus loin dans l'univers primitif. »