Les galaxies du jeune univers formaient des étoiles à des taux 10 à 50 fois plus élevés que leurs homologues modernes, comme notre Voie Lactée. Une étude récente a révélé qu'il ne s'agissait pas simplement de versions agrandies des régions de formation d'étoiles vues aujourd'hui. Au lieu, Le professeur Matthew Malkan de l'UCLA et plusieurs collaborateurs ont découvert que les premières galaxies "passaient au vert".

"La découverte que les jeunes galaxies sont si étonnamment brillantes - si vous recherchez ce feu vert distinctif - changera et améliorera considérablement la façon dont nous étudions la formation des galaxies tout au long de l'histoire de l'univers, " a déclaré Malkan.

Les astronomes ont découvert un nombre surprenant de galaxies lointaines dans lesquelles la raie d'émission la plus forte provient de l'oxygène doublement ionisé. Sa longueur d'onde dans la région verte du spectre électromagnétique rend la couleur frappante que l'on voit également dans les nébuleuses dites "planétaires" (mal nommées car leur couleur verdâtre ressemble à celle des planètes Uranus et Neptune, mais pour des raisons complètement différentes).

C'était surprenant parce que les régions de formation d'étoiles actuelles, comme la nébuleuse d'Orion toute proche, donner une lueur rosée, qui provient des atomes d'hydrogène, de loin l'élément le plus abondant de l'univers. Les étoiles nouvellement nées sont incrustées dans les nuages ​​de gaz dont elles sont nées récemment. Les photons ultraviolets de ces jeunes étoiles irradient les atomes du gaz, les faisant chauffer et perdre des électrons, un processus appelé photo-ionisation. Ce gaz ionisé chaud émet alors un motif distinctif de couleurs de lumière. La couleur la plus intense est presque toujours la lumière rose des atomes d'hydrogène chauffés.

Mais quelque chose d'inhabituel se passait dans les premières générations de formation d'étoiles, seulement un ou deux milliards d'années après le Big Bang. Les atomes d'oxygène dans leurs nuages ​​de gaz environnants ont perdu deux électrons, plutôt que l'habituel. Faire tomber ce deuxième électron nécessite beaucoup d'énergie. Cela ne peut être fait que par des photons extrêmement énergétiques (presque dans la gamme des rayons X). Peu de photons de cette haute énergie sont produits par les jeunes étoiles vues aujourd'hui à Orion ou n'importe où ailleurs dans la Voie lactée ou d'autres galaxies modernes.

Elles SONT produites par quelques étoiles beaucoup plus chaudes telles que celles trouvées brièvement dans les centres de la nébuleuse "planétaire" (photo de droite ci-dessus). Mais de telles conditions extrêmes ne sont observées à l'échelle de la galaxie que dans moins d'un centième d'un pour cent des galaxies aujourd'hui. Surnommé « pois verts, " Ces galaxies naines verdâtres ont été découvertes par le projet Galaxy Zoo. L'explication de la raison pour laquelle le jeune univers devenait vert - mais s'est ensuite arrêté - fait toujours l'objet d'une enquête intensive. Malkan et ses collègues soupçonnent que c'est parce que les jeunes étoiles étaient plus chaudes dans les phases antérieures de l'évolution des galaxies. La plupart d'entre elles ressemblaient effectivement aux très chaudes (T> 50, 000°C) étoiles centrales dans les nébuleuses planétaires (mais d'origines très différentes).

Une analyse récente de plusieurs milliers de galaxies lointaines dans le champ profond Subaru avec l'étudiant diplômé Daniel Cohen a révélé que TOUTES les petites galaxies sont des émetteurs étonnamment puissants de la raie d'émission verte de l'oxygène doublement ionisé. En faisant la moyenne des données pour un si grand nombre de galaxies, ils ont obtenu les premières mesures précises des galaxies naines qui sont extrêmement faibles, mais de loin le plus commun dans le jeune univers. La figure ci-jointe montre une moyenne de 1, 294 de ces galaxies à un décalage vers le rouge de z =3. Celles-ci sont observées 2 milliards d'années après le Big Bang, quand l'univers était 70 fois plus dense qu'aujourd'hui. "La raie d'émission O++ (qui se situe entre les deux lignes pointillées verticales) est si forte qu'elle déforme même toute la partie infrarouge du spectre de la galaxie, qui est autrement la lumière des étoiles, " a déclaré Malkan.

La prochaine génération de télescopes spatiaux pour les études cosmologiques se tournera bientôt vers ce vert. En particulier, le lancement du télescope spatial James Webb de la NASA en 2018, suivi de leur WFIRST en 2024 et du précurseur 2020 de l'Agence Spatiale Européenne, EUCLIDE, sont tous conçus pour étudier les galaxies du jeune univers à travers cette raie d'émission verte O++.

Aux redshifts élevés d'intérêt, vu dans les 500 premiers millions d'années depuis le Big Bang, cette ligne "verte" est encore plus décalée dans la gamme de longueur d'onde infrarouge, dit Malkan. Le froid, environnements sombres de ces télescopes, et leurs nouveaux détecteurs, sont hautement optimisés pour fournir une sensibilité spectroscopique sans précédent à la forte émission d'O++ à ces longueurs d'onde infrarouges.

"Cette ligne sera la sonde la plus puissante de la formation des galaxies, dès que les galaxies forment leurs premières étoiles et supernovae pour produire des atomes d'oxygène, " a déclaré Malkan. " Détecter et étudier la lueur verte intense des plus jeunes galaxies (déplacées dans l'infrarouge) semble maintenant être notre meilleure opportunité d'apprendre comment les premières galaxies ont évolué. "

Malkan discute de cette recherche aujourd'hui lors de la 229e réunion de l'American Astronomical Society à Grapevine, Texas.