Nous avons une bonne compréhension des mécanismes fondamentaux qui régulent la formation des étoiles dans les galaxies, de la matière interstellaire aux nuages ​​diffus répartis dans l'espace dont la contraction gravitationnelle conduit à la naissance d'étoiles au sein de grands amas stellaires. Mais les observations de galaxies lointaines ont remis en cause cette image, la taille et la masse de ces pépinières stellaires lointaines dépassant largement celles de leurs homologues locaux. Une équipe internationale d'astrophysiciens dirigée par les Universités de Genève (UNIGE), La Suisse, pour les observations et Zurich (UZH) pour les simulations a remédié à cette incohérence, ce qui semble remettre en cause notre connaissance de la formation des étoiles lorsque nous étudions l'univers primitif, loin dans le temps et l'espace. Ils ont trouvé les premières réponses grâce à de nouvelles observations du serpent dit cosmique. Leur étude est publiée dans la revue Astronomie de la nature .

L'étude de la formation des étoiles repose sur le travail coordonné de plusieurs équipes internationales qui effectuent des observations à différentes échelles. Le télescope spatial Hubble, lorsqu'il est pointé vers des galaxies à fort décalage vers le rouge, étudie en détail des objets très lointains lorsque l'univers était beaucoup plus jeune, loin dans le temps et l'espace.

Ces observations ont déclenché un débat inattendu parmi les astronomes :dans un passé lointain, La formation des étoiles était-elle régie par des lois ou des conditions physiques différentes ? C'est ce que suggèrent apparemment les données du télescope spatial Hubble avec des observations de galaxies lointaines révélant la présence de régions de formation d'étoiles géantes, des amas de gaz et d'étoiles atteignant des tailles aussi grandes que 3000 années-lumière, mille fois plus grandes que celles observées dans l'univers voisin. Et ces massifs géants, curieusement, semble être omniprésent dans les galaxies à décalage vers le rouge élevé.

La nécessité d'un télescope gravitationnel

La distance qui nous sépare de ces objets empêche leur observation détaillée, mais les astronomes ont surmonté cette difficulté en exploitant la lentille gravitationnelle. Le télescope est pointé en direction d'un objet extrêmement massif dont le champ gravitationnel courbe le trajet de la lumière provenant d'une galaxie plus lointaine située derrière lui. La gravité de l'objet massif crée ainsi des images multiples et amplifiées de la galaxie lointaine, exactement comme une lentille optique.

Dans ce cas, les astronomes ont pointé Hubble vers une énorme lentille gravitationnelle qui produit plusieurs étirements, images déformées et se chevauchant presque d'une galaxie lointaine présentant une véritable région de "serpent cosmique" formant des étoiles. "L'image amplifiée est plus précise, lumineux, et nous permet d'observer des détails jusqu'à 100 fois plus petits, " dit Antonio Cava, auteur principal de l'étude.

Le fait que l'image de la galaxie source soit répétée cinq fois à différentes résolutions spatiales a permis aux chercheurs d'effectuer une observation directe et d'établir la structure intrinsèque et la taille des amas géants observés. Les chercheurs ont conclu que les touffes géantes ne sont en réalité pas aussi grandes et massives que le suggèrent les précédentes observations de Hubble. Au lieu, ils sont intrinsèquement plus petits ou composés de plusieurs petits composants non résolus. Valentina Tamburello de l'Institute of Computational Science de l'UZH, un co-auteur de l'étude, dit, "Grâce à la résolution incroyablement élevée du 'serpent cosmique, ' nous avons pu comparer nos calculs avec les observations de l'UNIGE et confirmer leur concordance. C'était une chance incroyable pour nous."

Il s'agit d'une étape importante vers la compréhension des mécanismes fondamentaux à l'origine de la formation des étoiles dans les galaxies lointaines, même si cela n'explique pas complètement certaines des différences observées par rapport aux galaxies locales. "Nous avons réduit les différences entre ce que nous observons dans l'univers proche et dans les galaxies lointaines d'un facteur 1000 à un facteur 10, " dit Daniel Schaerer, professeur à l'Observatoire de Genève. Il souligne également la convergence convaincante d'observations révolutionnaires et de simulations sophistiquées de pointe, tels que ceux développés par les collaborateurs de l'UZH, qui suggèrent que les différences restantes, peut s'expliquer par la nature turbulente des galaxies lointaines.