L'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), comme capturé dans un panorama phénoménal à partir de 5, 000 mètres à l'Altiplano chilien - les hautes terres de la cordillère des Andes. La Voie lactée passait à son zénith à ce moment précis, et la lumière zodiacale est également visible dans la partie inférieure de l'image, avec Vénus qui brille aussi. Crédit :Youri Beletsky, Observatoires Carnegie
Tout le monde a une histoire, même notre propre galaxie de la Voie lactée. Et tout comme les réseaux sociaux, le tableau n'est pas toujours aussi joli qu'il n'y paraît sur la surface actuelle, déclare Casey Papovich, astronome de l'Université Texas A&M.
Papovich note que les grandes galaxies à disques comme notre propre Voie lactée n'étaient pas toujours bien ordonnées, en forme de moulinet, structures en spirale que nous voyons dans l'univers aujourd'hui. Au contraire, lui et d'autres experts internationaux spécialisés dans la formation et l'évolution des galaxies pensent qu'il y a environ 8 à 10 milliards d'années, les ancêtres de la Voie lactée et des galaxies à disques/spirales similaires étaient plus petits et moins organisés, pourtant très actifs dans leur jeunesse.
Dans des recherches antérieures financées par la NASA et la National Science Foundation, Papovich et ses collaborateurs ont montré que ces versions plus jeunes de ces galaxies produisaient de nouvelles étoiles plus rapidement qu'à tout autre moment de leur durée de vie, suggérant qu'ils doivent être étonnamment riches en matière de formation d'étoiles. Et maintenant, ils ont des preuves convaincantes – l'équivalent galactique d'un pistolet fumant.
En utilisant l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) de l'Observatoire national de radioastronomie, un énorme réseau de radiotélescopes hautement sophistiqué situé à 16, 500 pieds d'altitude dans le haut désert du Chili - une équipe d'astronomes dirigée par Papovich a étudié quatre très jeunes versions de galaxies comme la Voie lactée qui sont distantes de 9 milliards d'années-lumière, ce qui signifie que l'équipe pouvait les voir tels qu'ils étaient il y a environ 9 milliards d'années. Ils ont découvert que chaque galaxie était incroyablement riche en monoxyde de carbone, un traceur bien connu du gaz moléculaire, qui est le carburant de la formation des étoiles.
Les découvertes de l'équipe sont rapportées dans un article posté sur arXiv et sur le point d'être publié dans le premier numéro de Astronomie de la nature en janvier.
"Nous avons utilisé ALMA pour détecter les versions adolescentes de la Voie lactée et avons constaté que ces galaxies contiennent en effet des quantités beaucoup plus élevées de gaz moléculaire, qui alimenterait la formation rapide d'étoiles, " dit Papovitch, auteur principal de l'article et membre du George P. and Cynthia Woods Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy. "Je compare ces galaxies à un adolescent humain qui consomme des quantités prodigieuses de nourriture pour alimenter sa propre croissance pendant son adolescence."
En plus de Papovitch, l'équipe de recherche comprend également des collègues astronomes du Texas A&M Ryan Quadri et Kim-Vy Tran, ainsi que des astronomes de l'observatoire de Leiden en Hollande, Swinburne University et Macquarie University en Australie, l'Observatoire national d'astronomie optique (NOAO), l'Université du Texas à Austin, Observatoire de Lyon en France et Institut Max Plank d'Astronomie en Allemagne.
Image composite du gaz moléculaire (indiqué en rouge), superposées aux images du télescope spatial Hubble des quatre jeunes galaxies semblables à la Voie lactée étudiées par l'astronome Texas A&M Casey Papovich et ses collaborateurs à l'aide d'ALMA. Ces images de Hubble sont beaucoup plus nettes que les images du gaz d'ALMA. Par conséquent, tandis que le gaz apparaît ici comme un halo, Papovich dit qu'il est plus susceptible d'être co-spatial avec la lumière des étoiles dans les galaxies. Crédit :Observatoire national de radioastronomie
Bien que l'abondance relative du gaz stellaire soit extrême dans ces galaxies, Papovich dit qu'ils ne sont pas encore complètement formés et plutôt petits par rapport à la Voie lactée telle que nous la voyons aujourd'hui. Les nouvelles données d'ALMA indiquent que la grande majorité de la masse de ces galaxies se trouve dans du gaz moléculaire froid plutôt que dans des étoiles - une situation qui, selon Papovich, est actuellement inversée dans notre Voie lactée, où la masse des étoiles dépasse celle du gaz d'un facteur 10 à 1. Ces observations, note-t-il, aident à dresser un tableau complet de l'évolution de la matière dans les galaxies de la taille de la Voie lactée et de la formation de notre propre galaxie.
"La plupart des étoiles existent aujourd'hui dans des galaxies comme la Voie lactée, donc en étudiant comment des galaxies comme la nôtre se sont formées, nous avons compris les emplacements les plus typiques des étoiles dans l'univers, " dit Papovitch, membre depuis 2008 du Texas A&M Department of Physics and Astronomy, où il est co-titulaire de la chaire Marsha L. '69 et Ralph F. Schilling '68 en physique expérimentale. "Nos recherches actuelles montrent que les galaxies de masse de la Voie lactée semblent accumuler la plupart de leur gaz au cours de leurs premiers milliards d'années d'histoire. À ce stade, ils ont la plupart du carburant dont ils ont besoin pour produire les étoiles qu'ils englobent actuellement dans le présent."
La présence de vastes réservoirs de gaz confirme les observations précédentes de l'équipe qui ont fourni les premières images tangibles illustrant l'histoire de la vie sans précédent de l'évolution de la galaxie de la Voie lactée. Entre autres détails, leur étude précédente a révélé un taux de natalité stellaire 30 fois plus élevé qu'il ne l'est dans la Voie lactée aujourd'hui - environ un par an, contre environ 30 chaque année il y a 9,5 milliards d'années.
"Grâce à ALMA et à d'autres instruments innovants qui nous permettent de regarder 9 milliards d'années dans le passé pour analyser des galaxies qui sont probablement similaires à l'ancêtre de notre propre galaxie de la Voie Lactée, nous pouvons réellement prouver ce que nos observations montrent, " a déclaré Papovitch.
Papovich et son équipe ont récemment obtenu un temps plus compétitif avec ALMA pour étudier la température et la densité du gaz stellaire, leur permettant de mesurer et de cartographier ses transitions et phases et idéalement les impacts associés au sein des galaxies.
"Cela commencera à nous dire comment ces galaxies ont formé des étoiles à un rythme si rapide, par rapport aux conditions actuelles, " il a dit.
Papovitch, Quadri et Tran font partie d'environ deux douzaines d'astronomes du monde entier qui ont passé des années à étudier des galaxies lointaines soigneusement sélectionnées, similaires en masse à l'ancêtre de notre propre Voie lactée, qui ont été trouvées dans deux études de programme du ciel profond de l'univers, le Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS) et le FourStar Galaxy Evolution Survey (ZFOURGE). Au-delà d'ALMA, les recherches de l'équipe ont utilisé les observations des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA et de l'observatoire spatial Herschel de l'Agence spatiale européenne. Les images Hubble du relevé CANDELS ont également fourni des informations structurelles sur la taille des galaxies et leur évolution. Les observations de lumière infrarouge lointain de Spitzer et Herschel ont aidé les astronomes à retracer le taux de formation d'étoiles.
Le papier de l'équipe, Grands réservoirs de gaz moléculaire dans les ancêtres des galaxies de masse de la Voie lactée il y a 9 milliards d'années, peuvent être consultés en ligne avec des images et des légendes associées.
