Une équipe internationale d'astronomes, menée par des chercheurs de l'Université de Leiden, a cartographié le gaz moléculaire essentiel à la formation des galaxies au sein du célèbre Hubble Ultra Deep Field.
Photo : Galaxies lointaines observées par Hubble (à gauche) et ALMA (à droite). (STScI & ASPECS)
Cette étude, à paraître dans The Astrophysical Journal, révèle les mécanismes de formation et de croissance des galaxies. Elle explique pourquoi la période comprise entre 13 et 10 milliards d'années après le Big Bang fut un âge d'or pour leur développement.
Les astronomes ont collaboré dans le cadre du projet ASPECS, l'une des premières grandes enquêtes internationales avec le télescope ALMA. Quatre chercheurs de Leiden y jouent un rôle clé. Ils ont combiné 200 heures d'observations ALMA au Chili avec des données spectroscopiques de l'instrument MUSE sur le Very Large Telescope de l'ESO (également au Chili).
Des études antérieures avaient établi que la formation d'étoiles et de galaxies a culminé il y a environ 10 milliards d'années. Mais les causes et l'ampleur de ce "baby-boom" cosmique restaient mystérieuses, car les télescopes précédents ne pouvaient percer la poussière ni détecter le gaz alimentant la formation stellaire. ALMA a rendu cela possible.
Les chercheurs ont analysé la ligne d'émission du monoxyde de carbone dans le Hubble Ultra Deep Field pour quantifier l'hydrogène moléculaire, matière première des étoiles. Pour affiner ces mesures, ils ont évalué la métallicité du gaz, sa densité, sa température et le rayonnement incident, grâce à MUSE et au doctorant Leindert Boogaard de Leiden.
Leindert Boogaard déclare : « La combinaison des observations du gaz froid, du gaz chaud et de la lumière stellaire offre une vue unique sur les galaxies lointaines. Ces éléments sont cruciaux pour comprendre la formation et la croissance galactique. »
Les galaxies les plus riches en carburant s'avèrent être des galaxies "normales", avec des masses stellaires et des taux de formation d'étoiles moyens. D'autres sont des galaxies à sursaut d'étoiles (taux élevés) ou quiescentes (taux faibles).
« C'était l'âge d'or de la formation des étoiles »
Les résultats montrent une augmentation régulière de l'hydrogène moléculaire depuis le Big Bang (13,8 milliards d'années) jusqu'à 10 milliards d'années. Rychard Bouwens (Université de Leiden) explique : « C'était l'âge d'or de la formation stellaire, avec abondance de matière première. La moitié des étoiles actuelles sont nées à cette époque cosmique. »
À l'avenir, des observations détaillées de galaxies individuelles seront menées en haute résolution avec ALMA, combinées aux données du futur télescope spatial James Webb.
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