Une équipe d'astronomes dirigée par les observatoires de l'Université de Californie (UCO) a étudié en détail une galaxie si faible et dans un état si vierge qu'elle a agi comme une capsule temporelle, scellé peu de temps après l'aube de notre univers pour être ouvert par la toute dernière technologie à l'observatoire W. M. Keck.

Utilisation du Keck Cosmic Web Imager (KCWI), l'équipe a découvert un étrange, galaxie ultra-diffuse solitaire (UDG).

Ce transparent, galaxie fantomatique, nommé DGSAT I, contredit la théorie actuelle sur la formation des UDG. Tous les UDG précédemment étudiés se trouvaient dans des amas de galaxies, qui a informé la base de la théorie selon laquelle ils étaient autrefois des galaxies "normales", mais avec le temps, ils ont été transformés en un désordre duveteux en raison d'événements violents au sein du cluster.

"Il semblait y avoir une image relativement nette des origines des galaxies, des spirales aux elliptiques, et des géants aux nains, " a déclaré l'auteur principal Ignacio Martín-Navarro, chercheur postdoctoral à l'UCO. "Toutefois, la récente découverte des UDG a soulevé de nouvelles questions sur la complétude de ce tableau. Tous les UDG qui ont été étudiés en détail jusqu'à présent se trouvaient dans des amas de galaxies :des régions denses d'interaction violente où les caractéristiques des galaxies à la naissance ont été brouillées par une adolescence difficile."

Les résultats de l'équipe seront publiés le 11 avril numéro 2019 du Avis mensuels de la Royal Astronomical Society et est maintenant disponible en ligne.

Parce que DGSAT I est une exception rare d'un UDG trouvé loin d'un cluster, il peut fournir une fenêtre plus claire sur le passé. Il n'y a pas eu beaucoup d'activité autour de lui qui pourrait entacher sa composition et son évolution. Afin de découvrir ce qui a rendu cette galaxie si clairsemée à la lumière des étoiles, l'équipe a utilisé KCWI pour cartographier la composition de la galaxie.

"La composition chimique d'une galaxie fournit un enregistrement des conditions ambiantes lors de sa formation, comme la façon dont les oligo-éléments dans le corps humain peuvent révéler une vie d'habitudes alimentaires et d'exposition aux polluants, " a déclaré le co-auteur Aaron Romanowsky, un astronome UCO et professeur agrégé du département de physique et d'astronomie à l'Université d'État de San José.

DGSAT I a surpris les chercheurs par sa composition chimique. Les galaxies d'aujourd'hui contiennent généralement plus d'éléments lourds, comme le fer et le magnésium, par rapport aux galaxies anciennes nées juste après le Big Bang. Mais KCWI a révélé que la DGSAT I semble être anémique; la teneur en fer de la galaxie est remarquablement faible, comme s'il s'était formé à partir d'un nuage de gaz presque vierge qui n'avait pas été pollué par la mort en supernova des étoiles précédentes. Et pourtant les taux de magnésium de la DGSAT I sont normaux, conforme à ce que les astronomes s'attendent à trouver dans les galaxies modernes. C'est étrange car ces deux éléments sont libérés lors d'événements de supernova; vous ne trouvez généralement pas l'un sans l'autre.

"Nous ne comprenons pas cette combinaison de polluants, mais l'une de nos idées est que des explosions extrêmes de supernovae ont fait battre la galaxie pendant son adolescence, d'une manière qui retient le magnésium préférentiellement au fer, " dit Romanowsky.

Les UDG sont une classe de galaxies relativement nouvelle qui a été découverte pour la première fois en 2015. Elles sont aussi grandes que la Voie lactée mais ont entre 100 et 1000 fois moins d'étoiles que notre propre galaxie, les rendant à peine visibles et difficiles à étudier.

KCWI est conçu pour surmonter cet obstacle grâce à son extrême sensibilité et sa capacité à capturer les spectres haute résolution des objets les plus faibles et les plus éloignés de notre univers comme les UDG.

"Il n'y a qu'un seul autre instrument au monde avec les capacités de KCWI qui nous permet de mesurer la composition chimique des galaxies à faible luminosité de surface, " a déclaré le co-auteur Jean Brodie, Professeur d'Astronomie et d'Astrophysique à l'UCO. "Mais celui-là est dans l'hémisphère Sud où nous n'avons pas une bonne vue de la DGSAT I, qui se trouve dans le Nord."

KCWI effectue un type d'observation appelé spectroscopie intégrale de champ, qui capture les données en 3-D au lieu de 2-D. Traditionnellement, il y avait deux façons pour les astronomes d'étudier les objets célestes, soit par imagerie, soit par spectroscopie. Cet instrument brise la barrière entre les deux. En un seul constat, KCWI capture à la fois l'image, ainsi que le spectre de chaque pixel de l'image, qui révèle les propriétés physiques de l'objet telles que la composition, Température, rapidité, et plus.

"C'est pour ce genre d'observations que nous avons construit KCWI ; pour continuer à repousser les limites de l'obtention du maximum d'informations à partir des objets les plus faibles, " dit John O'Meara, scientifique en chef à l'observatoire de Keck. "Nous sommes très heureux de voir combien d'autres objets comme DGSAT I nous pouvons étudier avec Keck et continuer à transformer notre compréhension de la formation et de l'évolution des galaxies avec le temps."

Les chercheurs prévoient d'utiliser à nouveau KCWI, cette fois pour procéder à une observation plus approfondie d'un autre UDG similaire à la DGSAT I; ils prévoient de découvrir sa composition plus en détail dans l'espoir de démêler plus de données qui pourraient aider les astronomes à se concentrer sur l'origine des UDG.

"Diverses idées ont été présentées, du banal à l'exotique. Une possibilité intrigante est que certaines de ces galaxies fantomatiques soient des fossiles vivants de l'aube de l'univers lorsque les étoiles et les galaxies ont émergé dans un environnement très différent de celui d'aujourd'hui, " a déclaré Romanowsky. " Leur naissance est vraiment un mystère fascinant que notre équipe s'efforce de résoudre. "