Parabole radio de COMAP à l'observatoire radio d'Owens Valley. Crédit :OVRO/Caltech
Quelque 400 millions d'années après la naissance de notre univers, les premières étoiles ont commencé à se former. Les soi-disant âges sombres de l'univers ont pris fin et une nouvelle ère lumineuse a commencé. De plus en plus de galaxies ont commencé à prendre forme et ont servi d'usines pour produire de nouvelles étoiles, un processus qui a atteint un pic environ 4 milliards d'années après le Big Bang.
Heureusement pour les astronomes, cette époque révolue peut être observée. La lumière lointaine met du temps à nous parvenir, et nos télescopes peuvent capter la lumière émise par les galaxies et les étoiles il y a des milliards d'années (notre univers a 13,8 milliards d'années). Mais les détails de ce chapitre de l'histoire de notre univers sont troubles puisque la plupart des étoiles en formation sont faibles et cachées par la poussière.
Un nouveau projet Caltech, appelé COMAP (CO Mapping Array Project), nous offrira un nouvel aperçu de cette époque d'assemblage de galaxies, aidant à répondre aux questions sur ce qui a réellement causé l'augmentation rapide de la production d'étoiles dans l'univers.
"La plupart des instruments pourraient voir la pointe d'un iceberg en regardant les galaxies de cette période", explique Kieran Cleary, chercheur principal du projet et directeur associé de l'Owens Valley Radio Observatory (OVRO) de Caltech. "Mais COMAP verra ce qui se cache en dessous, à l'abri des regards."
La phase actuelle du projet utilise une parabole radio "Leighton" de 10,4 mètres à OVRO pour étudier les types les plus courants de galaxies formant des étoiles réparties dans l'espace et le temps, y compris celles qui sont trop difficiles à voir autrement parce qu'elles sont trop faible ou caché par la poussière. Les observations radio retracent la matière première à partir de laquelle les étoiles sont fabriquées :l'hydrogène gazeux froid. Ce gaz n'est pas facile à identifier directement, c'est pourquoi COMAP mesure à la place les signaux radio lumineux du monoxyde de carbone (CO), qui est toujours présent avec l'hydrogène. La caméra radio de COMAP est la plus puissante jamais conçue pour détecter ces signaux radio.
À gauche :une simulation de 2,5 degrés 2 champ montrant les positions des galaxies en gris (adapté de Kovetz et al. 2017). Au centre :carte d'intensité de CO simulée du même champ dans une tranche de bande passante de 40 MHz, correspondant à un intervalle de décalage vers le rouge Δz =0,004. Le VLA mettrait environ 4500 heures pour couvrir la même zone, mais ne détecterait que 1% des galaxies (indiquées en rouge à gauche). COMAP, d'autre part, est sensible à l'émission globale de toutes les galaxies dans la ligne de visée, y compris celles qui sont trop faibles pour être détectées individuellement. À droite :un spectre de puissance représentatif pour la carte d'intensité affichée dans le panneau central. Le spectre est composé de deux composantes :une issue de l'amas de galaxies à grande échelle et une seconde issue du bruit de tir indépendant de l'échelle, qui domine à petite échelle. La zone ombrée indique schématiquement les échelles auxquelles le Pathfinder est le plus sensible. Crédit :The Astrophysical Journal (2022). DOI :10.3847/1538-4357/ac63cc
Les premiers résultats scientifiques du projet viennent d'être publiés dans sept articles dans The Astrophysical Journal . Sur la base d'observations effectuées un an après le début d'une enquête prévue sur cinq ans, COMAP a fixé des limites supérieures à la quantité de gaz froid devant être présente dans les galaxies à l'époque étudiée, y compris celles qui sont normalement trop faibles et poussiéreuses pour être vues. Bien que le projet n'ait pas encore effectué de détection directe du signal de CO, ces premiers résultats démontrent qu'il est sur la bonne voie pour le faire d'ici la fin de l'enquête initiale de cinq ans et finira par brosser le tableau le plus complet à ce jour de l'histoire de l'univers. de la formation des étoiles.
"En ce qui concerne l'avenir du projet, nous visons à utiliser cette technique pour regarder successivement de plus en plus loin dans le temps", déclare Cleary. "A partir de 4 milliards d'années après le Big Bang, nous continuerons à remonter le temps jusqu'à ce que nous atteignions l'époque des premières étoiles et galaxies, quelques milliards d'années plus tôt."
Anthony Readhead, co-chercheur principal et professeur émérite d'astronomie Robinson, dit que COMAP verra non seulement la première époque des étoiles et des galaxies, mais aussi leur déclin épique. "Nous observerons la formation d'étoiles monter et descendre comme une marée océanique", dit-il.
COMAP fonctionne en capturant des images radio floues d'amas de galaxies au cours du temps cosmique plutôt que des images nettes de galaxies individuelles. Ce flou permet aux astronomes de capter efficacement toute la lumière radio provenant d'un plus grand bassin de galaxies, même les plus faibles et les plus poussiéreuses qui n'ont jamais été vues.
"De cette façon, nous pouvons trouver les propriétés moyennes de galaxies faibles typiques sans avoir besoin de savoir très précisément où se trouve une galaxie individuelle", explique Cleary. "C'est comme trouver la température d'un grand volume d'eau à l'aide d'un thermomètre plutôt que d'analyser les mouvements des molécules d'eau individuelles."
Un résumé des nouvelles découvertes apparaît dans The Astrophysical Journal . Les radio- et micro-ondes révèlent la vraie nature des galaxies sombres dans l'univers primitif
