Une équipe internationale d'astronomes a, pour la première fois, repéré un massif, galaxie inactive d'une époque où l'Univers n'avait que 1,65 milliard d'années.

Les astronomes s'attendent à ce que la plupart des galaxies de cette époque soient des ménés de faible masse, occupé à former des étoiles. Cependant, cette galaxie est 'un monstre' et inactive, selon le professeur Karl Glazebrook, Directeur du Centre d'astrophysique et de calcul intensif de Swinburne, qui dirigeait l'équipe.

Les chercheurs ont découvert qu'en peu de temps, cette galaxie massive, connu sous le nom de ZF-COSMOS-2015, formé toutes ses étoiles (trois fois plus que notre Voie lactée aujourd'hui) à travers un événement extrême d'éclatement d'étoiles. Mais elle a cessé de former des étoiles seulement un milliard d'années après le Big Bang pour devenir une galaxie au repos ou "rouge et morte" - commune dans notre Univers aujourd'hui, mais on ne s'attend pas à ce qu'il existe à cette époque ancienne.

La galaxie est aussi petite et extrêmement dense, elle compte 300 milliards d'étoiles entassées dans une région de l'espace à peu près de la même taille que la distance entre le Soleil et la nébuleuse d'Orion toute proche.

Les astrophysiciens débattent encore de la manière dont les galaxies cessent de former des étoiles. Jusque récemment, les modèles suggèrent que des galaxies mortes ou des « pépites rouges » comme celle-ci ne devraient exister qu'environ trois milliards d'années après le Big Bang.

"Cette découverte établit un nouveau record pour la première galaxie rouge massive. C'est une découverte incroyablement rare qui pose un nouveau défi aux modèles d'évolution des galaxies pour tenir compte de l'existence de telles galaxies beaucoup plus tôt dans l'Univers, " dit le professeur Glazebrook.

Cette recherche s'appuie sur une étude antérieure de Swinburne qui suggérait que de telles galaxies mortes pourraient exister en se basant sur la découverte d'objets rouges sombres dans des images extrêmement profondes dans le proche infrarouge.

Dans cette dernière étude, les astronomes ont utilisé les télescopes W M Keck à Hawai'i pour confirmer les signatures de ces galaxies, grâce au nouveau et unique spectrographe MOSFIRE. Ils ont pris des spectres profonds aux longueurs d'onde du proche infrarouge pour rechercher les caractéristiques définitives signifiant la présence d'étoiles anciennes et un manque de formation d'étoiles actives.

"Nous avons utilisé le télescope le plus puissant du monde, mais nous avions encore besoin de regarder cette galaxie pendant plus de deux nuits pour révéler sa nature remarquable, " co-auteur Professeur Vy Tran, de l'Université A&M du Texas, dit.

Même avec de grands télescopes comme le Keck avec un miroir de 10 mètres, un long temps d'observation est nécessaire pour détecter les raies d'absorption qui sont très faibles par rapport aux raies d'émission plus proéminentes générées par les galaxies actives formant des étoiles.

"En collectant suffisamment de lumière pour mesurer le spectre de cette galaxie, nous déchiffrons le récit cosmique des étoiles et des éléments présents dans ces galaxies et construisons une chronologie du moment où elles ont formé leurs étoiles, " dit le professeur Tran.

Le taux de formation d'étoiles observé de cette galaxie produit moins d'un cinquième de la masse du Soleil par an en nouvelles étoiles, mais à son apogée 700 millions d'années auparavant, cette galaxie s'est formée 5000 fois plus vite.

"Cette immense galaxie s'est formée comme un pétard en moins de 100 millions d'années, au tout début de l'histoire cosmique, " dit le professeur Glazebrook.

"Cela a rapidement fait un objet monstrueux, puis tout aussi soudainement, il s'est éteint et s'est éteint. Quant à savoir comment il a fait cela, nous ne pouvons que spéculer. Cette vie et cette mort rapides si tôt dans l'Univers ne sont pas prédites par nos théories modernes sur la formation des galaxies."

Co-auteur Dr Corentin Schreiber de l'Université de Leiden, qui a d'abord mesuré le spectre, spécule que ces premiers pétards sont obscurcis derrière un voile de poussière et que les futures observations utilisant des télescopes à ondes submillimétriques les repéreront.

"Des ondes sub-millimétriques sont émises par la poussière chaude qui bloque d'autres lumières et nous dira quand ces pétards ont explosé et quel rôle ils ont joué dans le développement de l'univers primordial, " dit le Dr Schreiber.

Avec le lancement du télescope spatial James Webb en 2018, les astronomes pourront constituer de grands échantillons de ces galaxies mortes en raison de sa haute sensibilité, grand miroir, et l'avantage de l'absence d'atmosphère dans l'espace.

Cette recherche a été publiée dans La nature .