Distribution des galaxies et gros plans de quelques protoamas révélés par HSC. Les régions de densité plus élevée et plus faible sont représentées par des couleurs plus rouges et plus bleues, respectivement. Dans les gros plans, les cercles blancs indiquent les positions des galaxies lointaines. Les régions rouges devraient évoluer en amas de galaxies. Des gros plans, on peut voir différentes morphologies des régions surdenses :certaines ont une autre région surdense voisine, ou sont allongés comme un filament, alors qu'il existe également des régions isolées surdenses. Crédit :NAOJ
En utilisant Hyper Suprime-Cam (HSC) monté sur le télescope Subaru, les astronomes ont identifié près de 200 "protoclusters, " les ancêtres des amas de galaxies, dans l'univers primitif, il y a environ 12 milliards d'années, environ dix fois plus qu'on ne le savait auparavant. Ils ont également découvert que les quasars n'ont pas tendance à résider dans des protoamas; mais s'il y a un quasar dans un protoamas, il y a probablement une seconde à proximité. Ce résultat soulève des doutes sur la relation entre les protoamas et les quasars.
Dans l'univers, les galaxies ne sont pas réparties uniformément. Il y a des endroits, connu sous le nom de grappes, où des dizaines ou des centaines de galaxies sont proches les unes des autres. D'autres galaxies sont isolées. Pour déterminer comment et pourquoi les clusters se sont formés, il est essentiel d'étudier non seulement les amas de galaxies matures comme on le voit dans l'univers actuel, mais aussi d'observer les protoamas, amas de galaxies en train de se former.
Parce que la vitesse de la lumière est finie, l'observation d'objets éloignés nous permet de remonter le temps. Par exemple, la lumière d'un objet situé à 1 milliard d'années-lumière a en fait été émise il y a 1 milliard d'années et a depuis passé du temps à voyager dans l'espace pour nous atteindre. En observant cette lumière, les astronomes peuvent voir une image de l'apparence de l'univers lorsque cette lumière a été émise.
Même en observant l'univers lointain (précoce), les protoclusters sont rares et difficiles à découvrir. Une vingtaine seulement étaient connus auparavant. Parce que les protoamas distants sont difficiles à observer directement, les quasars sont parfois utilisés comme proxy. Lorsqu'un grand volume de gaz tombe vers le trou noir super massif au centre d'une galaxie, il entre en collision avec d'autres gaz et est chauffé à des températures extrêmes. Ce gaz chaud brille de mille feux et est connu sous le nom de quasar. L'idée était que lorsque de nombreuses galaxies sont proches les unes des autres, une fusion, deux galaxies entrant en collision et fusionnant ensemble, créerait des instabilités et ferait tomber du gaz dans le trou noir super massif de l'une des galaxies, créer un quasar. Cependant, cette relation n'a pas été confirmée par observation en raison de la rareté des quasars et des protoamas.
Afin de comprendre les protoamas dans l'univers lointain, un plus grand échantillon d'observation était nécessaire. Une équipe comprenant des astronomes de l'Observatoire national d'astronomie du Japon, l'Université de Tokyo, l'Université des hautes études supérieures, et d'autres instituts mènent actuellement une étude systématique à grand champ sans précédent des protoamas à l'aide de la caméra à très grand champ du télescope Subaru, Hyper Suprime-Cam (HSC). En analysant les données de cette enquête, l'équipe a déjà identifié près de 200 régions où les galaxies se rassemblent pour former des protoamas dans l'univers primitif il y a 12 milliards d'années.
Les étoiles indiquent les quasars et les galaxies brillantes (faibles) à la même époque sont représentées par des cercles (points). La surdensité de la galaxie par rapport à la densité moyenne est représentée par le contour. Les membres de la paire sont associés à des régions de galaxies à haute densité. Crédit :NAOJ
L'équipe a également abordé la relation entre les protoclusters et les quasars. L'équipe a échantillonné 151 quasars lumineux à la même époque que les protoamas HSC et à leur grande surprise a découvert que la plupart de ces quasars ne sont pas proches des régions surdenses des galaxies. En réalité, leurs quasars les plus lumineux évitent même les régions les plus denses des galaxies. Ces résultats suggèrent que les quasars ne sont pas un bon proxy pour les protoclusters et, plus important encore, des mécanismes autres que les fusions galactiques peuvent être nécessaires pour expliquer l'activité des quasars. Par ailleurs, puisqu'ils n'ont pas trouvé beaucoup de galaxies près des quasars les plus brillants, cela pourrait signifier que le rayonnement dur d'un quasar supprime la formation de galaxies dans son voisinage.
D'autre part, l'équipe a trouvé deux "paires" de quasars résidant dans des protoamas. Les quasars sont rares et les paires sont encore plus rares. Le fait que les deux paires aient été associées à des protoamas suggère que l'activité des quasars est peut-être synchrone dans les environnements de protoamas. "Nous avons réussi à découvrir pour la première fois un certain nombre de protoamas dans l'univers lointain et avons été témoins de la diversité des environnements de quasars grâce à nos observations larges et profondes avec HSC, ", explique le leader de l'équipe Nobunari Kashikawa (NAOJ).
"Les observations HSC nous ont permis d'étudier systématiquement les protoclusters pour la première fois." dit Jun Toshikawa, auteur principal d'un article relatant la découverte des protoclusters HSC, "Les protoamas HSC augmenteront régulièrement au fur et à mesure que l'enquête progresse. Des milliers de protoamas situés à 12 milliards d'années-lumière seront trouvés au moment où les observations se termineront. Avec ces nouvelles observations, nous clarifierons l'histoire de la croissance des protoamas."
