Une image en fausses couleurs de l'émission dans l'infrarouge lointain d'un protoamas massif de galaxies (dans le cercle) datant de l'époque d'environ 1,4 milliard d'années après le big bang. Les astronomes ont effectué des observations optiques et infrarouges profondes du complexe et ont conclu que les processus de formation d'étoiles à l'œuvre, bien qu'exceptionnellement actifs, semblent généralement suivre les mêmes processus observés dans notre galaxie. Crédit :NASA/ESA/Herschel ; Miller et al.
La structure de l'univers est souvent décrite comme étant un réseau cosmique de filaments, de nœuds et de vides, les nœuds étant des amas de galaxies, les plus grands objets liés gravitationnellement connus. On pense que ces nœuds ont été ensemencés par des fluctuations de densité de faible amplitude comme celles observées dans le fond diffus cosmologique (CMB) qui ont augmenté jusqu'à ce qu'ils s'effondrent dans les structures que l'on voit aujourd'hui. Bien que le CMB soit bien compris et que les détails des amas de galaxies actuels soient bien décrits, les phases intermédiaires de l'évolution manquent d'observations suffisantes pour contraindre les modèles. Les recherches traditionnelles d'amas de galaxies supposent que ces objets ont eu suffisamment de temps pour s'équilibrer afin que le gaz intergalactique se soit suffisamment réchauffé pour être détecté dans l'émission de rayons X. Pour détecter les galaxies et les protoamas les plus éloignés qui sont trop faibles pour être détectés dans les rayons X, les astronomes utilisent à la place leur émission infrarouge brillante ou submillimétrique.
Le superamas SPT2349−56, découvert dans la bande submillimétrique par le télescope du pôle Sud, est si éloigné que sa lumière voyage depuis plus de douze milliards d'années. Il abrite plus de trente galaxies lumineuses submillimétriques et des dizaines d'autres galaxies lumineuses et/ou à formation d'étoiles confirmées par spectroscopie. C'est l'un des complexes de formation d'étoiles les plus actifs connus, produisant plus de dix mille étoiles par an. L'une de ses sources lumineuses semble être la fusion de plus de vingt galaxies. La masse stellaire du système, cependant, n'était pas connue, ce qui rendait impossible par exemple de savoir si l'énorme éclatement d'étoiles était le résultat d'une efficacité extraordinaire ou simplement survenu parce que le système était si extrêmement grand.
L'astronome CfA Matthew Ashby faisait partie d'une équipe qui a maintenant effectué des observations très profondes aux longueurs d'onde optiques et infrarouges pour obtenir les masses stellaires grâce à des analyses de distribution d'énergie spectrale (SED). Ils ont utilisé les télescopes spatiaux Gemini et Hubble pour obtenir des mesures de flux optique/proche infrarouge et la caméra IRAC de Spitzer pour le flux infrarouge. Afin de modéliser les SED, les nombreuses sources ponctuelles détectées doivent être adaptées les unes aux autres à toutes les longueurs d'onde. Il s'agit d'une entreprise complexe, et les scientifiques décrivent les processus pour y parvenir tout en abordant le sérieux mélange qui peut se produire en raison d'une résolution spatiale inadéquate dans l'infrarouge.
D'après leurs résultats publiés dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , les astronomes constatent que la masse stellaire de cet amas primordial par rapport à son taux de formation d'étoiles est proche de la valeur mesurée dans les galaxies voisines ("normales"), une conclusion qui suggère que les processus de formation d'étoiles à l'œuvre sont similaires à ceux de l'univers local. L'amas montre cependant un déficit de gaz moléculaire, suggérant que l'activité approche de la fin de cette phase tumultueuse alors que la matière première gazeuse des étoiles se dissipe. Un protoamas massif de galaxies en fusion dans l'univers primitif
