Boosté par des lentilles grossissantes naturelles dans l'espace, Le télescope spatial Hubble de la NASA a capturé des vues rapprochées uniques des galaxies infrarouges les plus brillantes de l'univers, qui sont jusqu'à 10, 000 fois plus lumineuse que notre Voie Lactée.

Les images de la galaxie, amplifié par un phénomène appelé lentille gravitationnelle, révèlent un enchevêtrement d'objets difformes ponctués de motifs exotiques tels que des anneaux et des arcs. Les formes étranges sont dues en grande partie à la puissante gravité des galaxies lentilles au premier plan qui déforme les images des galaxies à l'arrière-plan. Les formes inhabituelles peuvent également avoir été produites par des collisions spectaculaires entre des galaxies massives dans une sorte de derby de démolition cosmique.

"Nous avons décroché le jackpot des lentilles gravitationnelles, " a déclaré le chercheur principal James Lowenthal du Smith College à Northampton, Massachusetts. "Ces ultra-lumineux, massif, les galaxies en étoile sont très rares. La lentille gravitationnelle les agrandit pour que vous puissiez voir de petits détails qui seraient autrement inimaginables. Nous pouvons voir des caractéristiques aussi petites qu'environ 100 années-lumière ou moins. Nous voulons comprendre ce qui alimente ces monstres, et la lentille gravitationnelle nous permet de les étudier plus en détail."

Les galaxies sont en feu avec la formation d'étoiles en fuite, pomper plus de 10, 000 nouvelles étoiles par an. Cette naissance d'étoiles inhabituellement rapide se produit au plus fort du boom de la création d'étoiles de l'univers il y a plus de 8 milliards d'années. La frénésie de naissance des étoiles crée beaucoup de poussière, qui enveloppe les galaxies, les rendant trop faibles pour être détectés en lumière visible. Mais ils brillent férocement dans la lumière infrarouge, brille de l'éclat de 10 000 à 100 000 milliards de soleils.

Les lentilles gravitationnelles se produisent lorsque la gravité intense d'une galaxie massive ou d'un amas de galaxies amplifie la lumière de plus faible, sources de fond plus éloignées. Observations antérieures des galaxies, découvert dans l'infrarouge lointain par des observatoires terrestres et spatiaux, avait fait allusion à une lentille gravitationnelle. Mais la vision perçante de Hubble a confirmé les soupçons des chercheurs.

Lowenthal présente ses résultats à 15h15. (EDT), 6 juin à la réunion de l'American Astronomical Society à Austin, Texas.

Selon l'équipe de recherche, seules quelques dizaines de ces brillantes galaxies infrarouges existent dans l'univers, dispersés dans le ciel. Ils résident dans des régions de l'espace inhabituellement denses qui ont en quelque sorte déclenché la formation rapide d'étoiles dans l'univers primitif.

Les galaxies peuvent contenir des indices sur la façon dont les galaxies se sont formées il y a des milliards d'années. "Il y a tellement d'inconnues sur la formation des étoiles et des galaxies, " a expliqué Lowenthal. " Nous devons comprendre les cas extrêmes, comme ces galaxies, ainsi que les cas moyens, comme notre Voie Lactée, afin d'avoir une histoire complète sur la façon dont se produisent la formation des galaxies et des étoiles."

En étudiant ces étranges galaxies, les astronomes doivent d'abord démêler les galaxies lentilles du premier plan des galaxies ultra-brillantes de l'arrière-plan. Voir cet effet, c'est comme regarder des objets au fond d'une piscine. L'eau déforme votre vue, tout comme la gravité des galaxies lentilles étire les formes des galaxies lointaines. "Nous devons comprendre la nature et l'ampleur de ces effets de lentille pour interpréter correctement ce que nous voyons dans le lointain, univers primitif, " a déclaré Lowenthal. " Cela s'applique non seulement à ces galaxies infrarouges les plus brillantes, mais probablement à la plupart ou peut-être même à toutes les galaxies lointaines."

L'équipe de Lowenthal est à mi-chemin de son enquête Hubble sur 22 galaxies. Une équipe internationale d'astronomes a d'abord découvert les galaxies dans l'infrarouge lointain à l'aide des données d'enquête de l'observatoire spatial Planck de l'Agence spatiale européenne (ESA). et quelques détectives intelligents. L'équipe a ensuite comparé ces sources aux galaxies trouvées dans le catalogue d'objets infrarouges lointains de l'observatoire spatial Herschel de l'ESA et aux données radio au sol prises par le Very Large Array au Nouveau-Mexique. Les chercheurs ont ensuite utilisé le Grand télescope millimétrique (LMT) au Mexique pour mesurer leurs distances exactes par rapport à la Terre. Les images infrarouges lointaines du LMT ont également révélé plusieurs objets, laissant entendre que les galaxies étaient lentilles gravitationnelles.

Ces objets brillants existaient il y a entre 8 et 11,5 milliards d'années, quand l'univers fabriquait des étoiles plus vigoureusement qu'il ne l'est aujourd'hui. La production d'étoiles des galaxies est de 5, 000 à 10, 000 fois supérieure à celle de notre Voie Lactée. Cependant, les galaxies ultra-brillantes pompent des étoiles en utilisant uniquement la même quantité de gaz contenue dans la Voie lactée.

Donc, la question lancinante est, qu'est-ce qui alimente la prodigieuse naissance de l'étoile ? "Nous savons depuis deux décennies que certaines des galaxies les plus lumineuses de l'univers sont très poussiéreuses et massives, et ils subissent des sursauts de formation d'étoiles, " a déclaré Lowenthal. "Mais ils ont été très difficiles à étudier parce que la poussière les rend pratiquement impossibles à observer en lumière visible. Ils sont également très rares :ils n'apparaissent dans aucune des enquêtes en champ profond de Hubble. Ils se trouvent dans des parties aléatoires du ciel que personne n'a jamais examinées en détail auparavant. C'est pourquoi il est si important de trouver qu'ils sont à lentille gravitationnelle."

Ces galaxies peuvent être les plus brillantes, cousines plus éloignées des galaxies infrarouges ultra-lumineuses (ULIRGS), lourd, poussiéreux, galaxies en étoile, vu dans l'univers voisin. La production d'étoiles de l'ULIRGS est alimentée par la fusion de deux galaxies spirales, ce qui est une possibilité pour le baby-boom stellaire dans leurs parents plus éloignés. Cependant, Lowenthal a déclaré que les simulations informatiques de la naissance et de la croissance des galaxies montrent que les fusions majeures se produisent à une époque ultérieure à celle à laquelle ces galaxies sont observées.

Une autre idée pour la montée en puissance des étoiles est que beaucoup de gaz, la matière qui fait les étoiles, afflue dans les galaxies lointaines. "L'univers primitif était plus dense, alors peut-être que du gaz pleut sur les galaxies, ou ils sont alimentés par une sorte de canal ou de conduit, que nous n'avons pas encore compris, " a déclaré Lowenthal. " C'est ce avec quoi les théoriciens luttent :comment faire entrer tout le gaz dans une galaxie assez rapidement pour que cela se produise ? "

L'équipe de recherche prévoit d'utiliser Hubble et l'observatoire Gemini à Hawaï pour essayer de faire la distinction entre les galaxies de premier plan et d'arrière-plan afin de pouvoir commencer à analyser les détails des brillantes galaxies monstres.

Futurs télescopes, comme le télescope spatial James Webb de la NASA, un observatoire infrarouge dont le lancement est prévu en 2018, mesurera la vitesse des étoiles des galaxies afin que les astronomes puissent calculer la masse de ces objets ultra-lumineux.

"Le ciel est couvert de toutes sortes de galaxies, y compris ceux qui brillent dans l'infrarouge lointain, " a déclaré Lowenthal. " Ce que nous voyons ici n'est que la pointe de l'iceberg :le plus brillant de tous. "