Images Herschel et LOFAR de quelques exemples de galaxies hyper lumineuses. Du contraste, vous pouvez voir l'amélioration de la résolution spatiale dans les données d'imagerie LOFAR. Crédit :SRON
Une équipe d'astronomes dirigée par l'Institut néerlandais de recherche spatiale SRON a observé 10 fois plus de galaxies hyperlumineuses dans l'infrarouge que les étoiles ne peuvent en produire selon les modèles. Si la théorie est correcte, cela signifie que les étoiles seules ne peuvent pas expliquer l'éclat des galaxies infrarouges les plus lumineuses. L'article a été publié dans un numéro spécial de Astronomie &Astrophysique .
Après l'émergence de l'univers du Big Bang il y a 13,8 milliards d'années, les galaxies remplies d'étoiles ont commencé à se former relativement rapidement environ 3 milliards d'années plus tard. Il y avait beaucoup de gaz pour tout le monde, donc une petite partie de ces premières galaxies a pu devenir massive, galaxies hyper-lumineuses, avec une luminosité de 10 000 milliards de soleils. Comme les réserves de gaz s'épuisent avec le temps, moins de galaxies pourraient croître à un rythme rapide.
Lorsque les astronomes ont observé l'univers avec le télescope spatial infrarouge Herschel, ils ont constaté que cette théorie vérifie en grande partie. Cependant, en nombres absolus, il semblait qu'il y avait plus d'un ordre de grandeur trop de galaxies infrarouges hyper-lumineuses, à la fois dans l'univers primitif et aux époques plus récentes. Malheureusement, La résolution spatiale de Herschel ne pouvait pas résoudre toutes les galaxies individuelles, donc ils ne pouvaient pas dire avec certitude.
Une équipe internationale d'astronomes, dirigé par Lingyu Wang de SRON et RUG, a maintenant utilisé le télescope LOFAR - avec une résolution spatiale plus élevée - pour distinguer les galaxies individuellement. Ils ont trouvé qu'en effet, il y a plus d'un ordre de grandeur plus de galaxies hyperlumineuses que la théorie ne le prédit. Avec une incertitude d'un facteur deux, ils peuvent dire avec certitude que nous devons chercher une théorie différente.
Le spectre observé et le spectre d'ajustement d'un exemple de galaxie hyper lumineuse. Au bas de la parcelle, nous montrons également les images de cette galaxie dans différentes longueurs d'onde. De gauche à droite :HSC i-band (optique), Bande K DXS (proche infrarouge), IRAC 4,5 m (médium infrarouge), MIPS 24 m (infrarouge lointain), Herschel SPIRE 250 μm (infrarouge lointain), et LOFAR 2 m (radio). Il montre que les galaxies infrarouges hyper lumineuses sont généralement très faibles ou même non détectées dans les données optiques et émettent la majeure partie de leur énergie dans l'infrarouge. Crédit :SRON
"Nous étudions maintenant quels mécanismes physiques peuvent alimenter de telles galaxies extrêmes, " dit Wang. " Sont-ils alimentés par la formation d'étoiles ou par l'accrétion supermassive de trous noirs ? Si alimenté par la formation d'étoiles, des galaxies infrarouges hyperlumineuses formeraient des étoiles à quelques milliers de masses solaires par an. Les modèles théoriques ne peuvent pas produire autant de galaxies formant des étoiles à des rythmes aussi extrêmes. Ainsi, un scénario alternatif est qu'ils sont principalement alimentés par l'activité d'accrétion autour du trou noir central. Nous avons besoin de plus d'observations de suivi pour étudier la vraie nature de ces objets extrêmes."
Exemple de galaxie ultra-lumineuse, avec une luminosité de mille milliards de soleils. Crédit :ESA/Hubble
L'équipe effectuera cette étude de suivi à l'aide de l'observatoire de Keck. Cela leur donnera des données plus précises sur le décalage vers le rouge des galaxies et donc leur distance. Keck abrite un télescope optique, fournissant des spectres. Les astronomes déduisent le décalage vers le rouge à partir des spectres en regardant de combien de longueurs d'onde les empreintes digitales caractéristiques ont changé.
