Une équipe internationale d'astronomes financée en partie par la NASA a trouvé le groupe de galaxies le plus éloigné identifié à ce jour. Appelé EGS77, le trio de galaxies date d'une époque où l'univers n'avait que 680 millions d'années, ou moins de 5% de son âge actuel de 13,8 milliards d'années.

Plus significativement, les observations montrent que les galaxies participent à une métamorphose cosmique radicale appelée réionisation. L'ère a commencé lorsque la lumière des premières étoiles a changé la nature de l'hydrogène dans tout l'univers d'une manière semblable à un lac gelé fondant au printemps. Cela a transformé l'obscurité, le cosmos primitif étouffant la lumière dans celui que nous voyons autour de nous aujourd'hui.

"Le jeune univers était rempli d'atomes d'hydrogène, qui atténuent tellement la lumière ultraviolette qu'elles bloquent notre vision des premières galaxies, " a déclaré James Rhoads au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui a présenté les résultats le 5 janvier lors de la 235e réunion de l'American Astronomical Society à Honolulu. "EGS77 est le premier groupe de galaxies pris en train de dissiper ce brouillard cosmique."

Alors que des galaxies individuelles plus éloignées ont été observées, EGS77 est le groupe de galaxies le plus éloigné à ce jour montrant les longueurs d'onde spécifiques de la lumière ultraviolette lointaine révélée par la réionisation. Cette émission, appelé Lyman alpha light, est prédominante chez tous les membres d'EGS77.

Dans sa première phase, l'univers était un plasma rougeoyant de particules, y compris les électrons, protons, noyaux atomiques, Et léger. Les atomes ne pouvaient pas encore exister. L'univers était dans un état ionisé, semblable au gaz à l'intérieur d'une enseigne lumineuse au néon ou d'un tube fluorescent.

Après l'expansion et le refroidissement de l'univers pendant environ 380, 000 ans, électrons et protons combinés dans les premiers atomes, dont plus de 90 % d'hydrogène. Des centaines de millions d'années plus tard, ce gaz a formé les premières étoiles et galaxies. Mais la présence même de ce gaz abondant pose des défis pour repérer les galaxies dans l'univers primitif.

Les atomes d'hydrogène absorbent facilement et réémettent rapidement la lumière ultraviolette lointaine connue sous le nom d'émission alpha de Lyman, qui a une longueur d'onde de 121,6 nanomètres. Quand les premières étoiles se sont formées, une partie de la lumière qu'ils produisaient correspondait à cette longueur d'onde. Parce que la lumière alpha de Lyman interagissait facilement avec les atomes d'hydrogène, il ne pouvait pas voyager loin avant que le gaz ne le disperse dans des directions aléatoires.

"La lumière intense des galaxies peut ioniser l'hydrogène gazeux environnant, formant des bulles qui permettent à la lumière des étoiles de voyager librement, " a déclaré le membre de l'équipe Vithal Tilvi, chercheur à l'Arizona State University à Tempe. "EGS77 a formé une grande bulle qui permet à sa lumière de voyager jusqu'à la Terre sans trop d'atténuation. Finalement, des bulles comme celles-ci se sont développées autour de toutes les galaxies et ont rempli l'espace intergalactique, en réionisant l'univers et en ouvrant la voie à la lumière pour voyager à travers le cosmos."

EGS77 a été découvert dans le cadre de l'enquête Cosmic Deep And Wide Narrowband (Cosmic DAWN), pour lequel Rhoads est le chercheur principal. L'équipe a photographié une petite zone de la constellation de Boötes à l'aide d'un filtre sur mesure sur l'imageur infrarouge à champ extrêmement large (NEWFIRM) du National Optical Astronomy Observatory. qui était attaché au télescope Mayall de 4 mètres de l'observatoire national de Kitt Peak près de Tucson, Arizona.

Parce que l'univers est en expansion, La lumière Lyman alpha d'EGS77 s'est allongée au cours de ses voyages, les astronomes le détectent donc dans les longueurs d'onde du proche infrarouge. Nous ne pouvons pas voir ces galaxies en lumière visible maintenant parce que cette lumière a commencé à des longueurs d'onde plus courtes que Lyman alpha et a été dispersée par le brouillard d'atomes d'hydrogène.

Pour aider à sélectionner des candidats distants, les chercheurs ont comparé leurs images avec des données accessibles au public de la même région prises par les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA. Les galaxies apparaissant brillamment dans les images infrarouges proches ont été étiquetées comme des possibilités, tandis que ceux apparaissant en lumière visible ont été rejetés comme étant trop proches.

L'équipe a confirmé les distances aux galaxies d'EGS77 en utilisant le spectromètre multi-objets pour l'exploration infrarouge (MOSFIRE) sur le télescope Keck I à l'observatoire W. M. Keck à Maunakea, Hawaii. Les trois galaxies présentent toutes des raies d'émission alpha de Lyman à des longueurs d'onde légèrement différentes, reflétant des distances légèrement différentes. La séparation entre les galaxies adjacentes est d'environ 2,3 millions d'années-lumière, ou légèrement plus proche que la distance entre la galaxie d'Andromède et notre propre Voie lactée.

Un article décrivant les résultats, dirigé par Tilvi, a été soumis à Le Journal d'Astrophysique .

"Bien qu'il s'agisse du premier groupe de galaxies identifié comme étant responsable de la réionisation cosmique, les futures missions de la NASA nous en diront bien plus, " a déclaré le co-auteur Sangeeta Malhotra à Goddard. " Le prochain télescope spatial James Webb est sensible à l'émission alpha de Lyman provenant de galaxies encore plus faibles à ces distances et pourrait trouver plus de galaxies dans EGS77. "

Les astronomes s'attendent à ce que des bulles de réionisation similaires de cette époque soient rares et difficiles à trouver. Le télescope d'enquête infrarouge à champ large (WFIRST) prévu de la NASA pourrait être en mesure de découvrir des exemples supplémentaires, éclairant davantage cette transition importante dans l'histoire cosmique.