La collaboration internationale Spitzer Adaptation of the Red-sequence Cluster Survey (SpARCS) basée à l'Université de Californie, Riverside a combiné les observations de plusieurs des télescopes les plus puissants au monde pour mener l'une des plus grandes études à ce jour sur le gaz moléculaire - la matière première qui alimente la formation d'étoiles dans tout l'univers - dans trois des amas de galaxies les plus éloignés jamais trouvés, détectés tels qu'ils sont apparus lorsque l'univers n'avait que quatre milliards d'années.

Les résultats ont été publiés récemment dans Les lettres du journal astrophysique . Allison Noble, chercheur postdoctoral au Massachusetts Institute of Technology, a dirigé cette nouvelle recherche de la collaboration SpARCS.

Les amas sont des régions rares de l'univers constituées de groupes serrés de centaines de galaxies contenant des milliards d'étoiles, ainsi que des gaz chauds et de la matière noire mystérieuse. D'abord, l'équipe de recherche a utilisé des observations spectroscopiques de l'observatoire W. M. Keck sur le Mauna Kea, Hawaii, et le Very Large Telescope au Chili qui a confirmé que 11 galaxies étaient des membres formant des étoiles des trois amas massifs. Prochain, les chercheurs ont pris des images à travers plusieurs filtres du télescope spatial Hubble de la NASA, qui a révélé une diversité surprenante dans l'apparence des galaxies, certaines galaxies ayant déjà formé de grands disques à bras spiraux.

L'un des télescopes utilisés par les scientifiques de SpARCS est le télescope Atacama Large Millimeter Array (ALMA) extrêmement sensible, capable de détecter directement les ondes radio émises par le gaz moléculaire trouvé dans les galaxies de l'univers primitif. Les observations d'ALMA ont permis aux scientifiques de déterminer la quantité de gaz moléculaire dans chaque galaxie, et a fourni la meilleure mesure à ce jour de la quantité de carburant disponible pour former des étoiles.

Les chercheurs ont comparé les propriétés des galaxies de ces amas avec les propriétés des "galaxies de champ" (galaxies trouvées dans des environnements plus typiques avec moins de voisins proches). A leur grande surprise, ils ont découvert que les amas de galaxies avaient des quantités plus élevées de gaz moléculaire par rapport à la quantité d'étoiles dans la galaxie, par rapport aux galaxies de champ. La découverte a intrigué l'équipe car on sait depuis longtemps que lorsqu'une galaxie tombe dans un amas, les interactions avec d'autres amas de galaxies et les gaz chauds accélèrent l'arrêt de sa formation d'étoiles par rapport à celle d'une galaxie de champ similaire (le processus est connu sous le nom de trempe environnementale ).

"C'est vraiment un résultat intrigant, " a déclaré Gillian Wilson, professeur de physique et d'astronomie à l'UC Riverside et chef de la collaboration SpARCS. "Si les amas de galaxies ont plus de carburant à leur disposition, vous pourriez vous attendre à ce qu'elles forment plus d'étoiles que de galaxies de champ, et pourtant ils ne le sont pas."

Noble, un collaborateur SpARCS et responsable de l'étude, suggère plusieurs explications possibles :Il est possible que quelque chose à propos d'être dans le chaud, L'environnement hostile des amas entourés de nombreuses galaxies voisines perturbe le gaz moléculaire dans les amas de galaxies de telle sorte qu'une plus petite fraction de ce gaz forme activement des étoiles. Alternativement, il est possible qu'un processus environnemental, comme l'augmentation de l'activité de fusion dans les amas de galaxies, entraîne les différences observées entre les populations de galaxies amas et de champ.

"Bien que l'étude actuelle ne réponde pas à la question de savoir quel processus physique est principalement responsable de l'origine des quantités plus élevées de gaz moléculaire, il fournit la mesure la plus précise à ce jour de la quantité de gaz moléculaire existant dans les galaxies des amas de l'univers primitif, ", a déclaré Wilson.

L'équipe SpARCS a développé de nouvelles techniques utilisant les observations infrarouges du télescope spatial Spitzer de la NASA pour identifier des centaines d'amas de galaxies jusqu'alors inconnus dans l'univers primitif. À l'avenir, ils prévoient d'étudier un plus grand échantillon de grappes. L'équipe a récemment obtenu du temps supplémentaire sur ALMA, l'Observatoire W. M. Keck, et le télescope spatial Hubble pour continuer à étudier comment le voisinage dans lequel vit une galaxie détermine pendant combien de temps elle peut former des étoiles.