Un collage de 21 galaxies imagées par le relevé ALPINE. Les images sont basées sur la lumière émise par du carbone ionisé simple, ou C+. Ces données montrent la variété des différentes structures galactiques déjà en place moins de 1,5 milliard d'années après le Big Bang (notre univers a 13,8 milliards d'années). Certaines des images contiennent en fait des galaxies en fusion; par exemple, l'objet de la rangée du haut, deuxième en partant de la gauche, est en fait trois galaxies qui fusionnent. D'autres galaxies semblent être mieux ordonnées et peuvent être des spirales; un exemple clair est dans la deuxième rangée, première galaxie en partant de la gauche. Notre galaxie de la Voie lactée est montrée à l'échelle pour aider à visualiser les petites tailles de ces galaxies naissantes. Crédit :Michèle Ginolfi (collaboration ALPINE); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/JPL-Caltech/R. Blessé (IAPC)
Nouveaux résultats d'un ambitieux programme de relevés du ciel, appelé ALPIN, révèlent que des galaxies en forme de disque en rotation peuvent avoir existé en grand nombre plus tôt dans l'univers qu'on ne le pensait auparavant.
Le programme ALPIN, officiellement nommé "ALMA Large Program to Investigate C+ at Early Times, " utilise les données obtenues à partir de 70 heures d'observations du ciel avec l'observatoire ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) au Chili, en combinaison avec des données d'observations précédentes par une foule d'autres télescopes, y compris l'observatoire W. M. Keck à Hawaï et les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA. Spécifiquement, l'enquête a examiné une parcelle de ciel contenant des dizaines de galaxies éloignées.
"Il s'agit de la première étude multi-longueurs d'onde allant de l'ultraviolet aux ondes radio de galaxies lointaines ayant existé entre 1 milliard et 1,5 milliard d'années après le Big Bang, " dit Andreas Faisst, un scientifique de l'IAPC, un centre d'astronomie à Caltech, et chercheur principal du programme ALPINE, qui comprend des scientifiques du monde entier.
L'une des fonctions clés d'ALPINE est d'utiliser ALMA pour observer la signature d'un ion appelé C+, qui est une forme de carbone chargée positivement. Lorsque la lumière ultraviolette des étoiles nouveau-nées frappe des nuages de poussière, il crée les atomes C+. En mesurant la signature de cet atome, ou "ligne d'émission, " dans les galaxies, les astronomes peuvent voir comment les galaxies tournent; comme le gaz contenant du C+ dans les galaxies tourne vers nous, sa signature lumineuse se déplace vers des longueurs d'onde plus bleues, et pendant qu'il s'éloigne, la lumière se déplace vers des longueurs d'onde plus rouges. Ceci est similaire à la sirène d'une voiture de police qui augmente de ton lorsqu'elle fonce vers vous et diminue à mesure qu'elle s'éloigne.
En utilisant ALMA, les scientifiques peuvent mesurer la rotation des galaxies dans l'univers primitif avec une précision de plusieurs dizaines de kilomètres par seconde. Ceci est rendu possible en observant la lumière émise par le carbone ionisé unique dans les galaxies, également connu sous le nom de C+. L'émission C+ des nuages de gaz tournant vers nous est décalée vers le bleu, longueurs d'onde plus courtes, tandis que les nuages qui s'éloignent de nous émettent une lumière décalée vers plus longtemps, longueurs d'onde plus rouges. En mesurant ce changement de lumière, les astronomes peuvent déterminer à quelle vitesse les galaxies tournent. Crédit :Andreas Faisst (collaboration ALPINE)
L'équipe ALPINE a effectué les mesures C+ sur 118 galaxies éloignées pour créer un catalogue non seulement de leurs vitesses de rotation, mais aussi d'autres caractéristiques telles que la densité de gaz et le nombre d'étoiles formées.
L'enquête a révélé des galaxies mutilées en rotation qui étaient en train de fusionner, en plus des galaxies en forme de spirale apparemment parfaitement lisses. Environ 15 pour cent des galaxies observées avaient une surface lisse, rotation ordonnée attendue pour les galaxies spirales. Cependant, notent les auteurs, les galaxies peuvent ne pas être des spirales mais des disques en rotation avec des amas de matière. Les futures observations avec la prochaine génération de télescopes spatiaux permettront de déterminer la structure détaillée de ces galaxies.
"Nous trouvons des galaxies en rotation bien ordonnées à ce stade très précoce et assez turbulent de notre univers, " dit Faisst. " Cela signifie qu'ils doivent s'être formés par un processus fluide de collecte de gaz et qu'ils ne sont pas encore entrés en collision avec d'autres galaxies, comme beaucoup d'autres galaxies l'ont fait."
En combinant les données ALMA avec les mesures d'autres télescopes, y compris le Spitzer maintenant à la retraite, which specifically helped measure the masses of the galaxies, the scientists are better able to study how these young galaxies evolve over time.
The object pictured above is DC-818760, which consists of three galaxies that are likely on collision course. Like all the galaxies in the ALPINE survey, it has been imaged by different telescopes. This "multi-wavelength" approach allows astronomers to study in detail the structure of these galaxies. NASA's Hubble Space Telescope (blue) reveals regions of active star formation not obscured by dust; NASA's now-retired Spitzer Space Telescope (green) shows the location of older stars that are used to measure the stellar mass of galaxies; and ALMA (red) traces gas and dust, allowing the amount of star formation hidden by dust to be measured. The picture at the top of the image combines light from all three telescopes. The velocity map on the bottom shows gas in the rotating galaxies approaching us (blue) or receding (red). Credit:Gareth Jones &Andreas Faisst (ALPINE collaboration); ALMA(ESO/NAOJ/NRAO); NASA/STScI; JPL-Caltech/IPAC (R. Hurt)
"How do galaxies grow so much so fast? What are the internal processes that let them grow so quickly? These are questions that ALPINE is helping us answer, " says Faisst. "And with the upcoming launch of NASA's James Webb Space Telescope, we will be able to follow-up on these galaxies to learn even more."
L'étude, led by Faisst, titré, "The ALPINE-ALMA [CII] Survey:Multi-Wavelength Ancillary Data and Basic Physical Measurements, " was funded by NASA and the European Southern Observatory.
A brief overview of the survey, produced by a team led by Olivier LeFèvre of the Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), is at ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019 … v191009517L/abstract; the ALMA data is detailed in another paper by a team led by Matthieu Béthermin of LAM, available at ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020 … v200200962B/abstract .
