Les astronomes utilisant l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ont repéré la lumière d'une galaxie massive vue seulement 970 millions d'années après le Big Bang. Cette galaxie, appelé MAMBO-9, est la galaxie poussiéreuse de formation d'étoiles la plus éloignée qui ait jamais été observée sans l'aide d'une lentille gravitationnelle.

Les galaxies poussiéreuses formant des étoiles sont les pépinières stellaires les plus intenses de l'univers. Ils forment des étoiles à un taux allant jusqu'à quelques milliers de fois la masse du Soleil par an (le taux de formation d'étoiles de notre Voie lactée n'est que de trois masses solaires par an) et ils contiennent des quantités massives de gaz et de poussière. On ne s'attend pas à ce que de telles galaxies monstres se soient formées au début de l'histoire de l'univers, mais les astronomes en ont déjà découvert plusieurs, comme on le voit lorsque le cosmos avait moins d'un milliard d'années. L'un d'eux est la galaxie SPT0311-58, qu’ALMA a observé en 2018.

En raison de leur comportement extrême, les astronomes pensent que ces galaxies poussiéreuses jouent un rôle important dans l'évolution de l'univers. Mais les trouver est plus facile à dire qu'à faire. "Ces galaxies ont tendance à se cacher à la vue de tous, " a déclaré Caitlin Casey de l'Université du Texas à Austin et auteur principal d'une étude publiée dans le Journal d'astrophysique . "Nous savons qu'ils sont là-bas, mais ils ne sont pas faciles à trouver car leur lumière stellaire est cachée dans des nuages ​​de poussière."

La lumière de MAMBO-9 a déjà été détectée il y a dix ans par le co-auteur Manuel Aravena, utilisant l'instrument Max-Planck Millimeter BOlometer (MAMBO) sur le télescope IRAM de 30 mètres en Espagne et l'interféromètre du Plateau de Bure en France. Mais ces observations n'étaient pas assez sensibles pour révéler la distance de la galaxie. "Nous doutions si c'était réel, car nous ne pouvions pas le trouver avec d'autres télescopes. Mais si c'était réel, ça devait être très loin, " dit Aravena, qui était à l'époque un doctorat. étudiant en Allemagne et travaille actuellement pour l'Universidad Diego Portales au Chili.

Grâce à la sensibilité d'ALMA, Casey et son équipe ont maintenant pu déterminer la distance de MAMBO-9. "Nous avons trouvé la galaxie dans une nouvelle étude ALMA spécialement conçue pour identifier les galaxies poussiéreuses formant des étoiles dans l'univers primitif, " dit Casey. " Et quelle est la particularité de cette observation, c'est qu'il s'agit de la galaxie poussiéreuse la plus éloignée que nous ayons jamais vue sans obstruction."

La lumière des galaxies lointaines est souvent obstruée par d'autres galaxies plus proches de nous. Ces galaxies en face fonctionnent comme une lentille gravitationnelle :elles courbent la lumière de la galaxie la plus éloignée. Cet effet de lentille permet aux télescopes de repérer plus facilement des objets distants (c'est ainsi qu'ALMA a pu voir la galaxie SPT0311-58). Mais cela déforme aussi l'image de l'objet, ce qui rend plus difficile la compréhension des détails.

Dans cette étude, les astronomes ont vu directement MAMBO-9, sans objectif, et cela leur a permis de mesurer sa masse. "La masse totale de gaz et de poussière dans la galaxie est énorme :dix fois plus que toutes les étoiles de la Voie lactée. Cela signifie qu'elle n'a pas encore construit la plupart de ses étoiles, " expliqua Casey. La galaxie se compose de deux parties, et il est en train de fusionner.

Casey espère trouver des galaxies poussiéreuses plus éloignées dans l'enquête ALMA, qui donnera un aperçu de leur fréquence, comment ces galaxies massives se sont formées si tôt dans l'univers, et pourquoi ils sont si poussiéreux. "La poussière est normalement un sous-produit des étoiles mourantes, " dit-elle. " On attend cent fois plus d'étoiles que de poussière. Mais MAMBO-9 n'a pas encore produit autant d'étoiles et nous voulons découvrir comment la poussière peut se former si rapidement après le Big Bang."

"Les observations avec une technologie nouvelle et plus performante peuvent produire des résultats inattendus comme MAMBO-9, " a déclaré Joe Pesce, Agent de programme de la National Science Foundation pour NRAO et ALMA. "Bien qu'il soit difficile d'expliquer une galaxie aussi massive si tôt dans l'histoire de l'univers, des découvertes comme celle-ci permettent aux astronomes de mieux comprendre, et posez toujours plus de questions sur, l'univers."

La lumière de MAMBO-9 a parcouru environ 13 milliards d'années pour atteindre les antennes d'ALMA (l'univers a environ 13,8 milliards d'années aujourd'hui). Cela signifie que nous pouvons voir à quoi ressemblait la galaxie dans le passé (Regardez cette vidéo pour apprendre comment ALMA fonctionne comme une machine à remonter le temps). Aujourd'hui, la galaxie serait probablement encore plus grande, contenant cent fois plus d'étoiles que la Voie lactée, résidant dans un amas massif de galaxies.