Lorsque l'univers n'avait qu'un dixième de son âge actuel, ses galaxies ont connu une poussée de croissance. C'est sur cette période que les scientifiques du projet ALPINE se sont concentrés lorsqu'ils ont utilisé le télescope ALMA de l'ESO pour réaliser le tout premier grand relevé des galaxies lointaines. A leur grande surprise, ces galaxies observées aux premiers stades de leur vie étaient bien plus matures que prévu. Leurs travaux font l'objet d'une série d'articles publiés le 27 octobre 2020 dans la revue Astronomie &Astrophysique , signé entre autres par des membres du CNRS et d'Aix-Marseille Université.

Les galaxies ont commencé à se former très tôt dans l'histoire de l'univers. Pour étudier leur enfance, il faut donc remonter à la nuit des temps, en observant des galaxies très lointaines. Le projet ALPINE s'est concentré sur une période comprise entre 1 et 1,5 milliard d'années après le Big Bang, lorsque les premières galaxies ont connu une phase de croissance rapide. Bien que de telles galaxies lointaines aient déjà été observées, c'est la première fois qu'un si grand nombre d'entre eux sont étudiés systématiquement. Images de 118 galaxies massives, obtenu avec les télescopes spatiaux Hubble (lumière visible) et Spitzer (proche infrarouge), ainsi que des spectres acquis à l'aide des télescopes au sol VLT et Keck, ont été complétées par 70 heures d'observation avec ALMA à des longueurs d'onde submillimétriques (entre l'infrarouge et les ondes radio).

ALMA peut quantifier la poussière, un signe de maturité dans les galaxies, et gaz froid, qui renseigne sur leur taux de croissance et le nombre d'étoiles qu'ils peuvent former, ainsi que le mouvement de ce gaz, révélant ainsi la dynamique des galaxies. Et cela a donné des données surprenantes. Pour un début, les galaxies observées se sont avérées très riches non seulement en gaz froid, qui alimente la formation d'étoiles, mais aussi dans la poussière, qui est considéré comme un sous-produit des étoiles en fin de vie. Alors malgré leur jeune âge, ces galaxies avaient apparemment vu la formation et la mort d'une première génération d'étoiles. Les galaxies étudiées présentent également une étonnante diversité de formes :certaines sont désordonnées, d'autres ont déjà un disque en rotation qui peut se transformer en une structure en spirale comme la Voie lactée, tandis que d'autres encore ont été repérés en train de fusionner. Une autre observation surprenante est que certaines galaxies semblent éjecter du gaz, formant des halos mystérieux autour d'eux. L'enquête soulève ainsi un certain nombre de nouvelles questions sur l'évolution précoce des galaxies.