Un schéma des résultats de cette recherche. ALMA a révélé une galaxie jusque-là inconnue car elle est enfouie profondément dans la poussière (impression d'artiste en haut à droite) dans une région où le télescope spatial Hubble ne pouvait rien voir (à gauche). Les chercheurs ont découvert par hasard la nouvelle galaxie cachée en observant une jeune galaxie typique déjà bien connue (vue d'artiste en bas à droite). Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Télescope spatial Hubble NASA/ESA
Quand les astronomes scrutent profondément le ciel nocturne, ils observent à quoi ressemblait l'univers il y a longtemps. Parce que la vitesse de la lumière est finie, l'étude des galaxies observables les plus lointaines nous permet d'entrevoir des milliards d'années dans le passé, lorsque l'univers était très jeune et que les galaxies commençaient à peine à former des étoiles. L'étude de cet « univers primitif » est l'une des dernières frontières de l'astronomie et est essentielle pour construire des modèles astrophysiques précis et cohérents. Un objectif clé des scientifiques est d'identifier toutes les galaxies du premier milliard d'années de l'histoire cosmique et de mesurer la vitesse à laquelle les galaxies se sont développées en formant de nouvelles étoiles.
Divers efforts ont été faits au cours des dernières décennies pour observer des galaxies lointaines, qui se caractérisent par des émissions électromagnétiques qui deviennent fortement décalées vers le rouge (décalées vers des longueurs d'onde plus longues) avant d'atteindre la Terre. Jusque là, notre connaissance des premières galaxies repose principalement sur des observations avec le télescope spatial Hubble (HST) et de grands télescopes au sol, qui sondent leur émission ultraviolette (UV). Cependant, récemment, les astronomes ont commencé à utiliser la capacité unique du télescope Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) pour étudier les galaxies lointaines à des longueurs d'onde submillimétriques. Cela pourrait être particulièrement utile pour étudier les galaxies poussiéreuses manquées dans les relevés HST en raison de l'émission UV absorbant la poussière. Comme ALMA observe dans des longueurs d'onde submillimétriques, il peut détecter ces galaxies en observant plutôt les émissions de poussière.
Dans un grand programme en cours appelé REBELS (Reionization-Era Bright Emission Line Survey), les astronomes utilisent ALMA pour observer les émissions de 40 galaxies cibles à l'aube cosmique. En utilisant cet ensemble de données, ils ont récemment découvert que les régions autour de certaines de ces galaxies contiennent plus qu'il n'y paraît.
En analysant les données observées pour deux galaxies REBELS, Dr Yoshinobu Fudamoto de l'Institut de recherche pour la science et l'ingénierie de l'Université Waseda, Japon, et l'Observatoire national d'astronomie du Japon (NAOJ), remarqué une forte émission de poussière et de carbone ionisé individuellement dans des positions sensiblement décalées par rapport aux cibles initiales. À sa surprise, même les équipements très sensibles comme le HST ne pouvaient détecter aucune émission UV à partir de ces emplacements. Pour comprendre ces mystérieux signaux, Fudamoto et ses collègues ont enquêté plus avant.
Dans leur dernier article publié dans La nature , ils ont présenté une analyse approfondie, révélant que ces émissions inattendues provenaient de deux galaxies auparavant inconnues situées à proximité des deux cibles originales de REBELS. Ces galaxies ne sont pas visibles dans les longueurs d'onde UV ou visibles car elles sont presque complètement obscurcies par la poussière cosmique. L'un d'eux représente la galaxie obscurcie par la poussière la plus éloignée découverte à ce jour.
Galaxies lointaines imagées avec ALMA, le télescope spatial Hubble, et le télescope VISTA de l'Observatoire européen austral. Les couleurs verte et orange représentent les radiations des atomes de carbone ionisés et des particules de poussière, respectivement, observé avec ALMA, et le bleu représente le rayonnement proche infrarouge observé avec les télescopes spatiaux VISTA et Hubble. REBELS-12 et REBELS-29 ont détecté à la fois le rayonnement proche infrarouge et le rayonnement des atomes de carbone ionisés et de la poussière. D'autre part, REBELS-12-2 et REBELS-29-2 n'ont pas été détectés dans le proche infrarouge, ce qui suggère que ces galaxies sont profondément enfouies dans la poussière. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Télescope spatial Hubble NASA/ESA, ESO, Fudamoto et al.
Ce qui est le plus surprenant dans cette découverte fortuite, c'est que les galaxies nouvellement découvertes, qui s'est formé il y a plus de 13 milliards d'années, ne sont pas du tout étranges par rapport aux galaxies typiques de la même époque. "Ces nouvelles galaxies ont été manquées non pas parce qu'elles sont extrêmement rares, mais seulement parce qu'ils sont complètement obscurcis par la poussière, " explique Fudamoto. Cependant, il est rare de trouver de telles galaxies "poussiéreuses" dans la première période de l'univers (moins de 1 milliard d'années après le Big Bang), suggérant que le recensement actuel de la formation des premières galaxies est très probablement incomplet, et demanderait plus de profondeur, enquêtes à l'aveugle. "Il est possible que nous ayons manqué jusqu'à présent jusqu'à une galaxie sur cinq dans l'univers primitif, " ajoute Fudamoto.
Les chercheurs s'attendent à ce que la capacité sans précédent du télescope spatial James Webb (JWST) et sa forte synergie avec ALMA conduisent à des avancées significatives dans ce domaine dans les années à venir. « En complétant notre recensement des premières galaxies avec les galaxies obscurcies par la poussière actuellement manquantes, comme ceux que nous avons trouvés cette fois, sera l'un des objectifs principaux des enquêtes JWST et ALMA dans un futur proche, ", explique Pascal Oesch de l'Université de Genève.
Les scientifiques découvrent par hasard deux galaxies fortement recouvertes de poussière qui se sont formées lorsque l'Univers n'avait que 5 % de son âge actuel. Crédit :Université Waseda
Globalement, cette étude constitue une étape importante pour découvrir quand les toutes premières galaxies ont commencé à se former dans l'univers primitif, ce qui à son tour nous aidera à comprendre où nous en sommes aujourd'hui.
