Le concept de cet artiste montre ce que les jeunes, morte, disque galaxie MACS2129-1, droit, ressemblerait à la galaxie de la Voie lactée, la gauche. Bien que trois fois plus massive que la Voie lactée, ce n'est que la moitié de la taille. MACS2129-1 tourne également plus de deux fois plus vite que la Voie lactée. Notez que les régions de la Voie lactée sont bleues à cause des rafales de formation d'étoiles, tandis que les jeunes, la galaxie morte est jaune, signifiant une population d'étoiles plus âgée et aucune nouvelle naissance d'étoile. Crédit :NASA, ESA, et Z. Levy (STScI)
En combinant la puissance d'une « lentille naturelle » dans l'espace avec la capacité du télescope spatial Hubble de la NASA, les astronomes ont fait une découverte surprenante - le premier exemple d'un compact mais massif, rotation rapide, galaxie en forme de disque qui a cessé de faire des étoiles quelques milliards d'années seulement après le big bang.
Trouver une telle galaxie au début de l'histoire de l'univers remet en question la compréhension actuelle de la formation et de l'évolution des galaxies massives, disent les chercheurs.
Quand Hubble a photographié la galaxie, les astronomes s'attendaient à voir une boule d'étoiles chaotique formée par la fusion des galaxies. Au lieu, ils ont vu des preuves que les étoiles sont nées dans un disque en forme de crêpe.
Il s'agit de la première preuve observationnelle directe qu'au moins certaines des premières galaxies dites "mortes" - là où la formation d'étoiles s'est arrêtée - évoluent d'un disque en forme de Voie lactée vers les galaxies elliptiques géantes que nous voyons aujourd'hui.
C'est une surprise car les galaxies elliptiques contiennent des étoiles plus anciennes, tandis que les galaxies spirales contiennent généralement des étoiles bleues plus jeunes. Au moins certaines de ces premières galaxies à disques "mortes" ont dû subir des transformations majeures. Ils ont non seulement changé leur structure, mais aussi les mouvements de leurs étoiles pour former une galaxie elliptique.
"Cette nouvelle idée peut nous obliger à repenser l'ensemble du contexte cosmologique de la façon dont les galaxies s'épuisent tôt et évoluent en galaxies locales de forme elliptique, " a déclaré Sune Toft, responsable de l'étude du Dark Cosmology Center de l'Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark. "Peut-être avons-nous été aveugles au fait que les premières galaxies "mortes" pourraient en fait être des disques, simplement parce que nous n'avons pas été en mesure de les résoudre."
Des études antérieures sur des galaxies mortes lointaines ont supposé que leur structure est similaire à celle des galaxies elliptiques locales vers lesquelles elles évolueront. Confirmer cette hypothèse en principe nécessite des télescopes spatiaux plus puissants que ceux actuellement disponibles. Cependant, par le phénomène connu sous le nom de "lentille gravitationnelle, " un énorme, l'amas de galaxies au premier plan agit comme une « lentille de zoom » naturelle dans l'espace en grossissant et en étirant les images de galaxies d'arrière-plan beaucoup plus éloignées. En associant cette lentille naturelle au pouvoir de résolution de Hubble, les scientifiques ont pu voir au centre de la galaxie morte.
Agissant comme un "télescope naturel" dans l'espace, la gravité de l'amas de galaxies extrêmement massif au premier plan MACS J2129-0741 s'amplifie, éclaire, et déforme le fond lointain de la galaxie MACS2129-1, indiqué dans la case du haut. La boîte du milieu est une vue agrandie de la galaxie à lentille gravitationnelle. Dans la case du bas se trouve une image reconstruite, basé sur une modélisation qui montre à quoi ressemblerait la galaxie si l'amas de galaxies n'était pas présent. La galaxie apparaît rouge parce qu'elle est si éloignée que sa lumière est décalée dans la partie rouge du spectre. Crédit :NASA, ESA, M. Postier (STScI), et l'équipe CLASH
La galaxie lointaine est trois fois plus massive que la Voie lactée mais seulement la moitié de sa taille. Les mesures de vitesse de rotation effectuées avec le Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral ont montré que la galaxie à disque tourne plus de deux fois plus vite que la Voie lactée.
En utilisant les données d'archives de l'enquête Cluster Lensing And Supernova avec Hubble (CLASH), Toft et son équipe ont pu déterminer la masse stellaire, taux de formation d'étoiles, et les âges des étoiles.
Pourquoi cette galaxie a cessé de former des étoiles est encore inconnue. Il peut être le résultat d'un noyau galactique actif, où l'énergie jaillit d'un trou noir supermassif. Cette énergie inhibe la formation d'étoiles en chauffant le gaz ou en l'expulsant de la galaxie. Ou cela peut être le résultat du fait que le gaz froid s'écoulant sur la galaxie est rapidement comprimé et réchauffé, l'empêchant de se refroidir en nuages stellaires au centre de la galaxie.
Mais comment ces jeunes, massif, disques compacts évoluent vers les galaxies elliptiques que nous voyons dans l'univers actuel ? « Probablement par des fusions, " dit Toft. " Si ces galaxies grandissent en fusionnant avec des compagnons mineurs, et ces compagnons mineurs viennent en grand nombre et sous toutes sortes d'angles différents sur la galaxie, cela finirait par randomiser les orbites des étoiles dans les galaxies. On peut aussi imaginer des fusions majeures. Cela détruirait certainement aussi le mouvement ordonné des étoiles."
Les résultats sont publiés dans le numéro du 22 juin de la revue La nature . Toft et son équipe espèrent utiliser le prochain télescope spatial James Webb de la NASA pour rechercher un plus grand échantillon de ces galaxies.
Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l'ESA (Agence spatiale européenne). Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, gère le télescope. Le Space Telescope Science Institute (STScI) à Baltimore, Maryland, mène des opérations scientifiques de Hubble. STScI est exploité pour la NASA par l'Association des universités pour la recherche en astronomie, Inc., à Washington, D.C.
Le Very Large Telescope est un télescope exploité par l'Observatoire européen austral sur le Cerro Paranal dans le désert d'Atacama au nord du Chili.
