Vue d'artiste du disque de Wolfe, une galaxie massive à disque tournant au début, univers poussiéreux. La galaxie a été initialement découverte lorsqu'ALMA a examiné la lumière d'un quasar plus éloigné (en haut à gauche). Crédit :NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Dans notre univers vieux de 13,8 milliards d'années, la plupart des galaxies comme notre Voie Lactée se forment progressivement, atteignant leur grande masse relativement tard. Mais une nouvelle découverte faite avec l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) d'une galaxie massive à disque tournant, vu quand l'univers n'avait que dix pour cent de son âge actuel, remet en question les modèles traditionnels de formation des galaxies. Cette recherche paraît le 20 mai 2020 dans la revue La nature .
Galaxie DLA0817g, surnommé le disque de Wolfe en l'honneur du regretté astronome Arthur M. Wolfe, est la galaxie à disque tournant la plus éloignée jamais observée. La puissance inégalée d'ALMA a permis de voir cette galaxie tourner à 170 miles (272 kilomètres) par seconde, semblable à notre Voie Lactée.
"Alors que des études précédentes faisaient allusion à l'existence de ces premières galaxies à disques riches en gaz en rotation, grâce à ALMA, nous avons maintenant des preuves sans ambiguïté qu'ils se produisent dès 1,5 milliard d'années après le Big Bang, " a déclaré l'auteur principal Marcel Neeleman de l'Institut Max Planck d'astronomie à Heidelberg, Allemagne.
Comment le disque Wolfe s'est-il formé ?
La découverte du disque de Wolfe constitue un défi pour de nombreuses simulations de formation de galaxies, qui prédisent que les galaxies massives à ce stade de l'évolution du cosmos se sont développées grâce à de nombreuses fusions de galaxies plus petites et à des amas chauds de gaz.
"La plupart des galaxies que nous trouvons au début de l'univers ressemblent à des épaves de train parce qu'elles ont subi une fusion cohérente et souvent "violente", " a expliqué Neeleman. " Ces fusions à chaud rendent difficile la formation bien ordonnée, disques froids en rotation comme nous l'observons dans notre univers actuel."
Image radio ALMA du disque Wolfe, vu quand l'univers n'avait que dix pour cent de son âge actuel. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Neeleman; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Dans la plupart des scénarios de formation de galaxies, les galaxies ne commencent à montrer un disque bien formé qu'environ 6 milliards d'années après le Big Bang. Le fait que les astronomes aient trouvé une telle galaxie à disques alors que l'univers n'avait que dix pour cent de son âge actuel, indique que d'autres processus de croissance ont dû dominer.
"Nous pensons que le disque Wolfe s'est développé principalement grâce à l'accumulation constante de gaz froid, " a déclaré J. Xavier Prochaska, de l'Université de Californie, Santa Cruz et coauteur de l'article. "Toujours, l'une des questions qui reste est de savoir comment assembler une masse de gaz aussi importante tout en maintenant une relativement stable, disque en rotation."
Formation d'étoiles
L'équipe a également utilisé le Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la National Science Foundation et le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA pour en savoir plus sur la formation des étoiles dans le disque de Wolfe. Dans les longueurs d'onde radio, ALMA a examiné les mouvements de la galaxie et la masse de gaz et de poussière atomiques tandis que le VLA a mesuré la quantité de masse moléculaire, le carburant de la formation des étoiles. En lumière UV, Hubble a observé des étoiles massives. "Le taux de formation d'étoiles dans le disque de Wolfe est au moins dix fois plus élevé que dans notre propre galaxie, " expliqua Prochaska. " Ce doit être l'une des galaxies à disques les plus productives de l'univers primitif. "
Le disque Wolfe vu avec ALMA (à droite - en rouge), VLA (à gauche - en vert) et le télescope spatial Hubble (les deux images - en bleu). Dans la lumière radio, ALMA a examiné les mouvements de la galaxie et la masse de gaz et de poussière atomiques et le VLA a mesuré la quantité de masse moléculaire. En lumière UV, Hubble a observé des étoiles massives. L'image VLA est réalisée dans une résolution spatiale inférieure à l'image ALMA, et semble donc plus grand et plus pixelisé. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Neeleman; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; NASA/ESA Hubble
Une galaxie "normale"
Le disque Wolfe a été découvert pour la première fois par ALMA en 2017. Neeleman et son équipe ont découvert la galaxie en examinant la lumière d'un quasar plus éloigné. La lumière du quasar a été absorbée lorsqu'elle a traversé un énorme réservoir d'hydrogène gazeux entourant la galaxie – c'est ainsi qu'elle s'est révélée. Plutôt que de rechercher une lumière directe extrêmement vive, mais des galaxies plus rares, les astronomes ont utilisé cette méthode « d'absorption » pour trouver plus faible, et des galaxies plus « normales » dans l'univers primitif.
"Le fait que nous ayons trouvé le disque Wolfe en utilisant cette méthode, nous dit qu'il appartient à la population normale des galaxies présentes aux temps anciens, " a déclaré Neeleman. " Lorsque nos dernières observations avec ALMA ont montré de manière surprenante qu'il est en rotation, nous avons réalisé que les premières galaxies à disques en rotation ne sont pas aussi rares que nous le pensions et qu'il devrait y en avoir beaucoup plus là-bas."
"Cette observation illustre comment notre compréhension de l'univers est améliorée grâce à la sensibilité avancée qu'ALMA apporte à la radioastronomie, " a déclaré Joe Pesce, directeur du programme d'astronomie à la National Science Foundation, qui finance le télescope. "ALMA nous permet de faire du neuf, découvertes inattendues avec presque toutes les observations."
