Une étude, dirigé par des chercheurs de l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) et réalisé avec OSIRIS, un instrument sur le Gran Telescopio Canarias (GTC), a trouvé l'amas de galaxies le plus densément peuplé en formation dans l'univers primitif. Les chercheurs prédisent que cette structure, qui est à une distance de 12,5 milliards d'années-lumière de nous, aura évolué pour devenir un cluster similaire à celui de la Vierge, voisin du Groupe Local de galaxies auquel appartient la Voie Lactée. L'étude est publiée dans la revue spécialisée Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (MNRAS) .

Les amas de galaxies sont des groupes de galaxies qui restent ensemble en raison de l'action de la gravité. Pour comprendre l'évolution de ces « cités de galaxies », les scientifiques recherchent des structures en formation, les soi-disant protoamas de galaxies, dans l'univers primitif.

En 2012, une équipe internationale d'astronomes a déterminé avec précision la distance de la galaxie HDF850.1, connue comme l'une des galaxies avec le taux de formation d'étoiles le plus élevé de l'univers observable. A leur grande surprise, les scientifiques ont également découvert que cette galaxie, qui est l'une des régions les plus étudiées du ciel, connu sous le nom de Hubble Deep Field/GOODS-North, fait partie d'un groupe d'une douzaine de protogalaxies qui s'étaient formées au cours du premier milliard d'années de l'histoire cosmique. Avant sa découverte, un seul autre groupe primordial similaire était connu.

Maintenant, grâce à une nouvelle recherche avec l'instrument OSIRIS sur le Gran Telescopio Canarias (GTC, ou GRANTECAN), l'équipe a montré qu'il s'agit de l'une des régions les plus densément peuplées de galaxies de l'Univers primitif, et ont pour la première fois réalisé une étude détaillée des propriétés physiques de ce système. "Étonnamment, nous avons découvert que tous les membres du cluster étudiés jusqu'à présent, environ deux douzaines, sont des galaxies avec une formation normale d'étoiles, et que la galaxie centrale semble dominer la production d'étoiles dans cette structure" explique Rosa Calvi, ancien chercheur postdoctoral à l'IAC et premier auteur de l'article.

Témoins de l'enfance de l'Univers local

Cette étude récente montre que cet amas de galaxies en formation est constitué de divers composants, ou "zones" avec des différences dans leur évolution. Les astronomes prédisent que cette structure changera progressivement jusqu'à ce qu'elle devienne un amas de galaxies semblable à la Vierge, la région centrale du superamas du même nom dans laquelle se situe le Groupe Local de galaxies auquel appartient la Voie Lactée. "On voit cette ville en construction telle qu'elle avait 12 ans, Il y a 500 millions d'années, quand l'Univers avait moins de 10 % de son âge actuel, on assiste donc à l'enfance d'un amas de galaxies comme celles qui sont typiques de l'Univers local" note Helmut Dannerbauer, un chercheur de l'IAC qui est co-auteur de cet article.

La distance mesurée à ces sources étudiées concorde parfaitement avec les prédictions basées sur les observations photométriques réalisées précédemment sur GRANTECAN par Pablo Arrabal Haro, ancien doctorant à l'IAC, supervisé par José Miguel Rodríguez Espinosa, chercheur à l'IAC et secrétaire général adjoint de l'Union astronomique internationale (UAI), et Casiana Muñoz-Tuñón, chercheur et directeur adjoint de l'IAC, tous co-auteurs du présent article. Arrabal a développé une méthode pour sélectionner des galaxies avec des taux de formation d'étoiles normaux, sur la base du relevé photométrique SHARDS (Survey for High-z Absorption Red and Dead Sources), un Grand Programme de l'Observatoire Européen Austral (ESO) réalisé sur le GTC. « Je suis très heureux de voir que la méthode développée au cours de ma thèse de doctorat fonctionne si bien pour trouver et confirmer une région très peuplée de galaxies dans l'Univers lointain », déclare Arrabal.

Le programme SHARDS a été dirigé par Pablo Pérez-González, chercheur au Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) et également auteur de l'article. Comme l'explique Pérez-González, "mesurer exactement comment ces structures se forment, surtout au commencement de l'Univers, n'est pas facile, et nous avons besoin de données exceptionnelles telles que celles que nous prenons avec le télescope GTC dans le cadre des projets SHARDS et SHARDS Frontier Fields, qui nous permettent de déterminer les distances aux galaxies et entre les galaxies au bord de l'Univers avec une précision jamais atteinte auparavant."

En outre, Stefan Geier, L'astronome de soutien GTC et co-auteur de l'article souligne que "ce résultat très surprenant n'aurait pas été possible sans la capacité extraordinaire d'OSIRIS ainsi que la grande zone de collecte du GRANTECAN, le plus grand télescope optique et infrarouge au monde."

Le Gran Telescopio Canarias et les observatoires de l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) font partie du réseau des infrastructures scientifiques et techniques singulières d'Espagne.