Image du télescope spatial Hubble du champ contenant un amas massif de galaxies au premier plan, MACSJ0717.5+3745. La galaxie poussiéreuse de Pope et de ses collègues est indiquée par les carrés rouges qui montrent trois images de la même galaxie d'arrière-plan à lentille gravitationnelle. Un zoom avant de chaque image multiple est affiché dans les panneaux de droite. Crédit :Image originale de la NASA, Agence spatiale européenne et l'équipe Frontier Fields du télescope spatial Hubble. Composite couleur de Wikimedia Commons/Judy Schmidt; annotations et panneaux de zoom ajoutés par A. Montana.
Repousser les limites du plus grand télescope millimétrique à ouverture unique au monde, et en le couplant avec une lentille gravitationnelle, L'astronome Alexandra Pope de l'Université du Massachusetts à Amherst et ses collègues rapportent qu'ils ont détecté un taux surprenant de formation d'étoiles, quatre fois plus élevé que précédemment détecté, dans une galaxie obscurcie par la poussière derrière un amas de Frontier Fields.
Comme l'explique le pape, "Ce très lointain, galaxie relativement typique nous est connue, et nous savions qu'il formait des étoiles, mais nous n'avions aucune idée de son taux réel de formation d'étoiles car il y a tellement de poussière qui l'entoure. Les observations précédentes ne pouvaient pas aller au-delà de cela. Découvrir que 75 pour cent de sa formation d'étoiles a été obscurcie par la poussière est remarquable et intrigant. Ces observations montrent clairement que nous avons plus à apprendre."
Elle ajoute, « Les historiens veulent savoir comment les civilisations se sont construites, et nous, astronomes, voulons savoir où et comment les éléments de l'univers se sont formés et d'où tout est fait, provenait de." L'étude est acceptée pour publication dans Le Journal d'Astrophysique .
Le nouvel outil qui a rendu de telles révélations possibles est le grand télescope millimétrique de 50 mètres (LMT) qui observe comme un télescope de 32 mètres situé sur un volcan éteint dans le centre du Mexique en "mode scientifique précoce" depuis 2013. Opéré conjointement par UMass Amherst et l'Instituto Nacional de Astrofísica du Mexique, Óptica y Electrónica (INAOE), il offre un nouveau pouvoir étonnant pour scruter les galaxies poussiéreuses, dit l'astrophysicien.
Le pape, un expert dans l'analyse de la manière dont la poussière masque la formation des étoiles, dit que tracer des galaxies obscurcies par la poussière aux premières époques offre de bons indicateurs pour comprendre comment l'univers s'est enrichi en métaux au fil du temps. "Nous savons à la base que les métaux se forment dans les étoiles, mais le taux d'accumulation au cours du temps cosmique, nous ne le savons pas, " précise-t-elle. " On sait ce qu'on voit aujourd'hui mais on ne sait pas comment c'est arrivé, et nous voulons remplir cette image."
Globalement, elle et ses collègues écrivent, "Cette remarquable galaxie de masse inférieure montrant des signes à la fois de faible métallicité et de forte teneur en poussière peut remettre en question notre image de la production de poussière dans l'univers primitif."
Avant que la caméra AzTEC du LMT n'observe cette galaxie, les astronomes se sont appuyés sur les images du télescope spatial Hubble pour étudier la formation des étoiles, dit le pape. Mais la plupart des formations d'étoiles sont masquées par la poussière, les images de Hubble n'ont donc pas pu faire un recensement complet de l'accumulation d'étoiles dans cette galaxie. "Les observations millimétriques précédentes ont été limitées aux galaxies poussiéreuses les plus extrêmes. Avec cette étude, nous avons détecté un taux étonnamment élevé de formation d'étoiles obscurcies par la poussière dans une galaxie typique de l'univers primitif."
Avec lentille gravitationnelle, les chercheurs utilisent une masse de premier plan - une autre galaxie ou un amas de galaxies - comme objectif. Comme la lumière de très loin, les galaxies d'arrière-plan passent à travers, il est agrandi. "Cette technique offre un moyen de voir des choses beaucoup plus faibles que ce que votre télescope peut voir, ", note-t-elle. Comme le montrent les images de Hubble, la galaxie lentille qu'ils ont étudiée dans l'amas Frontier Fields a montré qu'elle ne formait qu'environ quatre masses solaires de nouvelles étoiles par an, ce qui est une observation "assez typique" et sans surprise pour les astronomes d'aujourd'hui, dit le pape. "Mais ensuite, les observations LMT ont révélé 15 autres masses solaires par an, ce qui signifie qu'il nous manquait environ les trois quarts de la formation d'étoiles en cours."
Elle ajoute, "Nous ne sommes pas encore au niveau de détecter toute la formation d'étoiles en cours, mais on s'améliore. L'un de nos grands objectifs est de pousser les observations à des longueurs d'onde plus longues et de tracer ces galaxies très poussiéreuses aux premières époques. Nous poussons les observations dans cette direction et le fait que Hubble n'ait trouvé qu'un quart de la formation d'étoiles dans cette lointaine galaxie normale est une énorme motivation pour faire beaucoup plus d'études comme celle-ci."
Dès l'année prochaine, Pope et son collègue Grant Wilson installeront sur le LMT un nouveau système d'imagerie de pointe qu'il construit, surnommé TolTEC. Il offrira une vitesse de cartographie 100 fois plus rapide que la capacité actuelle du LMT, ce qui en fera la caméra polarimétrique millimétrique la plus rapide sur Terre pour effectuer des relevés en profondeur de l'univers, dit Wilson. Il devrait permettre aux astronomes de créer un recensement des galaxies stellaires, et les observations qui nécessitent cinq ans pour être achevées aujourd'hui seront effectuées dans un peu plus d'une semaine.
Le pape dit, "Actuellement, notre recensement de l'activité de formation d'étoiles obscurcies par la poussière dans les galaxies est très incomplet, surtout dans l'univers lointain. Avec TolTEC sur le LMT, nous pourrons faire un recensement complet de l'activité de formation d'étoiles obscurcies par la poussière dans les galaxies sur 13 milliards d'années de temps cosmique.
