De nouvelles observations avec l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ont découvert la rencontre rapprochée jamais vue auparavant entre deux galaxies incroyablement brillantes et spectaculairement massives dans l'univers primitif. Ces galaxies dites hyperlumineuses à explosion d'étoiles sont extrêmement rares à cette époque de l'histoire cosmique - proche du moment où les galaxies se sont formées pour la première fois - et peuvent représenter l'un des exemples les plus extrêmes de formation d'étoiles violentes jamais observées.

Les astronomes ont capturé ces deux galaxies en interaction, collectivement connu sous le nom d'ADFS-27, alors qu'ils commençaient le processus graduel de fusion en un seul, galaxie elliptique massive. Une rencontre antérieure entre les deux a contribué à déclencher leurs étonnantes explosions de formation d'étoiles. Les astronomes pensent que cette fusion pourrait éventuellement former le noyau d'un amas de galaxies entier. Les amas de galaxies sont parmi les structures les plus massives de l'univers.

"Trouver une seule galaxie d'étoiles hyperlumineuses est remarquable en soi. Trouver deux de ces galaxies rares à une telle proximité est vraiment étonnant, " a déclaré Dominik Riechers, astronome à l'université Cornell d'Ithaque, New York, et auteur principal d'un article paru dans le Journal d'astrophysique . "Compte tenu de leur distance extrême de la Terre et de l'activité frénétique de formation d'étoiles à l'intérieur de chacun, il est possible que nous assistions à la fusion de galaxies la plus intense connue à ce jour."

La paire de galaxies ADFS-27 est située à environ 12,7 milliards d'années-lumière de la Terre dans la direction de la constellation de Dorado. A cette distance, les astronomes voient ce système tel qu'il apparaissait lorsque l'univers n'avait qu'un milliard d'années environ.

Les astronomes ont d'abord détecté ce système avec l'observatoire spatial Herschel de l'Agence spatiale européenne. Il est apparu comme un seul point rouge dans l'étude du ciel austral par le télescope. Ces premières observations suggéraient que l'objet apparemment faible était en fait à la fois extrêmement brillant et extrêmement distant. Des observations de suivi avec le télescope Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) ont confirmé ces interprétations initiales et ont ouvert la voie aux observations plus détaillées d'ALMA.

Avec sa résolution plus élevée et sa plus grande sensibilité, ALMA a mesuré avec précision la distance à cet objet et a révélé qu'il s'agissait en fait de deux galaxies distinctes. L'appariement de galaxies par ailleurs incroyablement rares suggère qu'elles résident dans une région particulièrement dense de l'univers à cette période de son histoire, dirent les astronomes.

Les nouvelles observations d'ALMA indiquent également que le système ADFS-27 contient environ 50 fois plus de gaz formant des étoiles que la Voie lactée. "Une grande partie de ce gaz sera convertie en nouvelles étoiles très rapidement, " a déclaré Riechers. " Nos observations actuelles indiquent que ces deux galaxies produisent en effet des étoiles à un rythme effréné, environ mille fois plus rapide que notre galaxie d'origine."

Les galaxies - qui apparaîtraient comme plates, disques en rotation - regorgent d'étoiles bleues extrêmement brillantes et massives. La plupart de cette intense lumière des étoiles, cependant, ne sort jamais des galaxies elles-mêmes; il y a tout simplement trop de poussière interstellaire obscurcissante dans chacun.

Cette poussière absorbe la brillante lumière des étoiles, chauffer jusqu'à ce qu'il brille intensément dans la lumière infrarouge. Alors que cette lumière parcourt les vastes distances cosmiques jusqu'à la Terre, l'expansion continue de l'univers déplace la lumière infrarouge autrefois dans des longueurs d'onde millimétriques et submillimétriques plus longues, tout cela grâce à l'effet Doppler.

ALMA a été spécialement conçu pour détecter et étudier la lumière de cette nature, ce qui a permis aux astronomes de résoudre la source de la lumière en deux objets distincts. Les observations montrent également les structures de base des galaxies, révélant des caractéristiques en forme de queue qui ont été dérivées lors de leur rencontre initiale.

Les nouvelles observations indiquent également que les deux galaxies sont environ 30, 000 années-lumière l'une de l'autre, se déplaçant à environ plusieurs centaines de kilomètres par seconde les uns par rapport aux autres. Comme ils continuent à interagir gravitationnellement, chaque galaxie finira par ralentir et tomber vers l'autre, conduisant probablement à plusieurs autres rencontres rapprochées avant de fusionner en un seul massif, galaxie elliptique. Les astronomes s'attendent à ce que ce processus prenne quelques centaines de millions d'années.

"En raison de leur grande distance et de la poussière, ces galaxies restent complètement non détectées dans les longueurs d'onde visibles, " a noté Riechers. " Finalement, nous espérons combiner les données ALMA exquises avec les futures observations infrarouges avec le télescope spatial James Webb de la NASA. Ces deux télescopes formeront une « équipe de rêve » d'astronomes pour mieux comprendre la nature de ce télescope et d'autres exceptionnellement rares, systèmes extrêmes."