Figure 1 :Une image en fausses couleurs à large champ de vision d'une galaxie massive au repos prise par Surpime-Cam sur le télescope Subaru (image principale) et un gros plan haute résolution (en médaillon) par l'IRCS (Infrared Camera and Spectrograph) sur le télescope Subaru. Le cercle jaune montre la fonction d'étalement du point de cette observation corrigée avec le système d'optique adaptative AO188. Crédit :NAOJ
Les galaxies modernes montrent une grande diversité, y compris les galaxies naines, galaxies irrégulières, galaxies spirales, et les galaxies elliptiques massives. Ce dernier type, galaxies elliptiques massives, fournit aux astronomes un puzzle. Bien qu'elles soient les galaxies les plus massives avec le plus d'étoiles, presque toutes leurs étoiles sont vieilles. À un certain moment au cours du passé, les ancêtres des galaxies elliptiques massives ont dû former rapidement de nombreuses étoiles puis se sont arrêtés pour une raison quelconque.
Heureusement, la vitesse finie de la lumière donne aux scientifiques un moyen de remonter le temps et de voir l'univers primitif. Si une galaxie est située à 12 milliards d'années-lumière, alors la lumière de cette galaxie doit avoir voyagé pendant 12 milliards d'années avant d'atteindre la Terre. Cela signifie que la lumière que nous observons aujourd'hui doit avoir quitté la galaxie il y a 12 milliards d'années. En d'autres termes, la lumière est l'image de ce à quoi ressemblait la galaxie il y a 12 milliards d'années. En observant des galaxies à différentes distances de la Terre, les astronomes peuvent reconstituer l'histoire de l'univers.
Une équipe internationale comprenant des chercheurs de l'Observatoire national d'astronomie du Japon (NAOJ), l'Université de Tokyo, et l'Université de Copenhague a utilisé les données du télescope Subaru du NAOJ et d'autres télescopes pour rechercher des galaxies situées à 12 milliards d'années-lumière. Parmi cet échantillon, ils ont identifié des galaxies massives au repos, c'est-à-dire des galaxies massives sans formation active d'étoiles, comme les progéniteurs probables des galaxies elliptiques géantes modernes. Il est surprenant que les galaxies géantes matures existaient déjà très tôt, lorsque l'univers n'avait qu'environ 13 % de son âge actuel.
Figure 2 :La relation de masse stellaire (axe x) et de taille (axe y) dérivée en supposant que les galaxies les plus massives à chaque époque sont les ancêtres des galaxies elliptiques géantes les plus massives modernes (rouge). Les courbes grises pleines et en pointillés montrent l'évolution de la taille induite par de nombreuses fusions mineures et fusions majeures, respectivement. Crédit :NAOJ
L'équipe a ensuite utilisé le télescope Subaru pour effectuer des observations de suivi à haute résolution dans le proche infrarouge pour les 5 galaxies massives au repos les plus brillantes situées à 12 milliards d'années-lumière.
Les résultats montrent que bien que les galaxies massives au repos soient compactes (seulement environ 2% de la taille de la Voie lactée), elles sont presque aussi lourdes que les galaxies modernes. Cela signifie que pour devenir des galaxies elliptiques géantes modernes, elles doivent gonfler environ 100 fois, mais seulement augmenter la masse d'environ 5 fois. En comparant les observations à des modèles de jouets, l'équipe a montré que cela serait possible si la croissance était tirée, pas par des fusions majeures où deux galaxies similaires fusionnent pour en former une plus grande, mais par des fusions mineures où une grande galaxie cannibalise les plus petites.
« Nous sommes très enthousiasmés par les implications de nos découvertes, " explique l'auteur correspondant Mariko Kubo, chercheur post-doctoral au NAOJ. "Mais nous sommes maintenant à la limite de résolution des télescopes existants. La résolution spatiale supérieure du télescope de trente mètres actuellement en développement va nous permettre d'étudier plus précisément les morphologies des galaxies lointaines. Pour les galaxies plus lointaines au-delà de 12 milliards d'années-lumière, nous avons besoin de la prochaine génération de télescope spatial James Webb."
