Analyser les données obtenues avec l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), les chercheurs ont découvert une galaxie avec une morphologie en spirale seulement 1,4 milliard d'années après le Big Bang. C'est la plus ancienne galaxie du genre jamais observée. La découverte d'une galaxie avec une structure spirale à un stade aussi précoce est un indice important pour résoudre les questions classiques de l'astronomie :« Comment et quand les galaxies spirales se sont-elles formées ?

"J'étais excité parce que je n'avais jamais vu une preuve aussi claire d'un disque en rotation, structure en spirale, et la structure de masse centralisée dans une galaxie lointaine dans toute littérature antérieure, " dit Takafumi Tsukui, un étudiant diplômé à SOKENDAI et l'auteur principal du document de recherche publié dans la revue Science . "La qualité des données d'ALMA était si bonne que j'ai pu voir tellement de détails que j'ai pensé qu'il s'agissait d'une galaxie proche."

La Voie Lactée, où nous vivons, est une galaxie spirale. Les galaxies spirales sont des objets fondamentaux de l'Univers, représentant jusqu'à 70 % du nombre total de galaxies. Cependant, d'autres études ont montré que la proportion de galaxies spirales diminue rapidement au fur et à mesure que l'on regarde l'histoire de l'Univers. Donc, quand se sont formées les galaxies spirales ?

Tsukui et son superviseur Satoru Iguchi, professeur à SOKENDAI et à l'Observatoire national d'astronomie du Japon, remarqué une galaxie appelée BRI 1335-0417 dans les archives scientifiques d'ALMA. La galaxie existait il y a 12,4 milliards d'années et contenait une grande quantité de poussière, qui obscurcit la lumière des étoiles. Cela rend difficile l'étude de cette galaxie en détail avec la lumière visible. D'autre part, ALMA peut détecter les émissions radio des ions carbone dans la galaxie, ce qui nous permet d'enquêter sur ce qui se passe dans la galaxie.

Les chercheurs ont trouvé une structure en spirale s'étendant sur 15, 000 années-lumière du centre de la galaxie. C'est un tiers de la taille de la Voie lactée. La masse totale estimée des étoiles et de la matière interstellaire dans BRI 1335-0417 est à peu près égale à celle de la Voie lactée.

"Comme BRI 1335-0417 est un objet très éloigné, nous pourrions ne pas être en mesure de voir le vrai bord de la galaxie dans cette observation, " commente Tsukui. " Pour une galaxie qui existait au début de l'Univers, BRI 1335-0417 était un géant."

Alors la question devient, Comment cette structure en spirale distincte s'est-elle formée en seulement 1,4 milliard d'années après le Big Bang ? Les chercheurs ont examiné plusieurs causes possibles et ont suggéré que cela pourrait être dû à une interaction avec une petite galaxie. La BRI 1335-0417 forme activement des étoiles et les chercheurs ont découvert que le gaz dans la partie externe de la galaxie est gravitationnellement instable, ce qui favorise la formation d'étoiles. Cette situation est susceptible de se produire lorsqu'une grande quantité de gaz est fournie de l'extérieur, peut-être en raison de collisions avec des galaxies plus petites.

Le sort de BRI 1335-0417 est également entouré de mystère. Les galaxies qui contiennent de grandes quantités de poussière et produisent activement des étoiles dans l'Univers ancien sont considérées comme les ancêtres des galaxies elliptiques géantes de l'Univers actuel. Dans ce cas, BRI 1335-0417 change sa forme d'une galaxie de disque à une elliptique à l'avenir. Ou, contrairement à l'opinion conventionnelle, la galaxie peut rester une galaxie spirale pendant longtemps. BRI 1335-0417 jouera un rôle important dans l'étude de l'évolution de la forme des galaxies au cours de la longue histoire de l'Univers.

"Notre système solaire est situé dans l'un des bras spiraux de la Voie lactée, " explique Iguchi. "Retracer les racines de la structure en spirale nous fournira des indices sur l'environnement dans lequel le système solaire est né. J'espère que cette recherche fera progresser notre compréhension de l'histoire de la formation des galaxies."

Ces résultats de recherche sont présentés dans T. Tsukui &S. Iguchi "Spiral morphology in an intensely star-forming disk galaxy plus de 12 milliards d'années" publié en ligne par la revue Science jeudi, 20 mai, 2021.