Comment se forment et évoluent les galaxies ? Et comment les trous noirs supermassifs centraux se forment-ils dans les galaxies et influencent-ils leurs hôtes ? Ce sont deux des grandes questions auxquelles les astronomes de Tufts espèrent répondre lorsqu'ils commenceront à utiliser un nouveau, instrument très sensible qui devrait être mis en service dans quelques années sur un télescope historique à Hawaï.

Danilo Marchesini et Anna Sajina, tous deux professeurs associés, font partie d'un grand groupe international responsable de la construction du Prime Focus Spectrograph (PFS) à la pointe de la technologie, qui sera situé au sommet du Mauna Kea, Hawaii.

Le PFS emploiera 2, 400 fibres optiques au sommet du télescope Subaru existant de 8,2 mètres, lui permettant de prendre des poses simultanées de 2, 400 objets astronomiques dans le ciel nocturne. Ces données seront introduites dans quatre spectrographes, chacun relié à 600 fibres optiques. Les spectrographes séparent la lumière en ses différentes longueurs d'onde, recueillir des informations sur la lumière qui est invisible à l'œil. « Ils sont essentiellement constitués de trois caméras :une caméra ultraviolette, une caméra optique-visuelle, et une caméra proche infrarouge, " dit Marchesini.

Les tests débuteront en 2020, et le PFS devrait être pleinement opérationnel à la fin de 2021 ou au début de 2022. L'équipe multinationale qui construit l'instrument est dirigée par des scientifiques japonais, Taïwanais, Brésilien, Chinois, Français, et les institutions américaines, dont CalTech, Université Johns Hopkins, et Princeton.

Tufts fait partie du PFS Northeastern Participation Group (NEPG), dont les autres membres sont des professeurs de l'Université du Connecticut, l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, Université de Columbia, et l'Université de Pittsburgh. Marchesini est le président du NEPG et le représente en tant que membre du comité directeur de PFS.

Faire partie de l'équipe PFS signifie que les astronomes de Tufts ont la garantie de 300 à 350 nuits d'accès à l'instrument sur une période d'environ cinq ou six ans pour une série d'expériences de recherche, et aura un accès immédiat aux données générées. Alors que Sajina et Marchesini étudient la formation des galaxies et accroissent activement les trous noirs supermassifs, d'autres groupes exploreront les origines de la matière noire et de l'énergie noire, ainsi que l'histoire de notre propre Voie lactée et de ses galaxies satellites.

En astronomie, l'accès à ces nouveaux instruments est très recherché, dit Marchesini. "Avec Anna et moi faisant partie de PFS, chacun de nous a essentiellement quatre membres juniors dans notre groupe de recherche avec le même nombre illimité, accès illimité aux données, qui comprend les post-doctorants, étudiants diplômés, et étudiants de premier cycle, " dit Marchesini.

Cela élargit considérablement les opportunités pour les étudiants et post-doctorants Tufts, qui aura accès aux données générées par la PFS et qui pourrait également potentiellement participer à d'autres domaines de recherche sur la PFS. "Il y a un tout nouveau monde de la science qui peut être fait ici à Tufts qui n'était pas disponible auparavant en interne, " dit Marchesini.

Faire partie de PFS et avoir autant de nuits garanties de données aidera également à rechercher des financements pour d'autres recherches en astronomie. "Parce que nous avons déjà des données garanties, nous n'avons pas à prouver à l'agence de financement que nous serons en mesure d'obtenir de telles données de pointe, " a déclaré Marchesini.

Il a noté que cet accès au PFS s'est déjà avéré bénéfique. Sajina, qui est en congé sabbatique ce semestre pour faire de la recherche à CalTech, est le chercheur principal d'un projet de recherche utilisant le télescope spatial Spitzer de la NASA, qui a été financé en partie sur la base de sa participation au PFS.

Trous noirs supermassifs et évolution des galaxies

Sajina et Marchesini ont déjà des plans détaillés pour leurs nuits sur le PFS. Leur premier objectif est de l'utiliser pour comprendre comment les galaxies se forment et évoluent, et en particulier comment les trous noirs supermassifs au centre des galaxies affectent l'évolution des galaxies entières. Ils examinent ce qu'on appelle les noyaux galactiques actifs, lorsque la matière tombe dans les trous noirs supermassifs et émet d'énormes quantités de rayonnement.

Ils utiliseront au moins 100 nuits pour étudier le lien entre ces noyaux galactiques actifs et l'évolution des galaxies. Pour faire ça, ils regarderont la lumière de la partie du spectre qui est liée à ce qu'on appelle le midi cosmique, la période de formation active des étoiles dans l'univers il y a environ 10 milliards d'années.

Ils examineront également comment les galaxies arrêtent leur formation d'étoiles - "par exemple, les mécanismes physiques d'extinction de la formation d'étoiles, les transformant de galaxies actives en formation d'étoiles en galaxies au repos, " dit Marchesini.

Ils espèrent également savoir comment l'environnement d'une galaxie l'affecte. Les galaxies ne sont pas uniformément distribuées dans l'univers - il y a "une sorte de distribution de toile d'araignée des galaxies, avec des filaments, " a déclaré Marchesini. " Lorsque ces filaments se réunissent, vous avez des amas de galaxies. Une grande question est de savoir comment cet environnement global de grandes structures affecte l'évolution de la galaxie. Le PFS nous permettra d'enquêter sur cela, pour la première fois, à midi cosmique."