13 galaxies lointaines trouvées dans un échantillon de ciel. Crédit d'image: ESO. Cliquez pour agrandir.
L'un des principaux objectifs de la cosmologie observationnelle est de retracer la manière dont les galaxies se sont formées et ont évolué et de les comparer aux prévisions des modèles théoriques. Il est donc essentiel de savoir le plus précisément possible combien de galaxies étaient présentes dans l'Univers à différentes époques.
C'est plus facile à dire qu'à faire. En effet, si le comptage des galaxies à partir d'images astronomiques profondes est relativement simple, mesurer leur distance - d'où l'époque de l'histoire de l'univers où nous la voyons [1] - est beaucoup plus difficile. Cela nécessite de prendre un spectre de la galaxie et de mesurer son redshift [2].
Cependant, pour les galaxies les plus faibles - qui sont probablement les plus éloignées et donc les plus anciennes - cela nécessite beaucoup de temps d'observation sur le plus grand des télescopes. Jusqu'à présent, les astronomes devaient donc d'abord sélectionner avec soin les galaxies candidates à haut décalage vers le rouge, afin de minimiser le temps passé à mesurer la distance. Mais il semble que les astronomes aient été trop prudents en le faisant, et ont donc eu une mauvaise image de la population des galaxies.
Il serait préférable d'observer «simplement» dans une zone donnée du ciel toutes les galaxies plus lumineuses qu'une limite donnée. Mais regarder un objet à la fois rendrait une telle étude impossible.
Pour relever le défi, une équipe d'astronomes français et italiens [3] a utilisé le plus grand télescope possible avec un instrument hautement spécialisé et très sensible capable d'observer simultanément un très grand nombre d'objets (faibles) dans l'univers éloigné.
Les astronomes ont utilisé le spectrographe multi-objets VIsible (VIMOS) sur Melipal, l'un des télescopes de 8,2 m du Very Large Telescope Array de l'ESO. VIMOS peut observer les spectres d'environ 1 000 galaxies en une seule exposition, à partir desquelles les décalages vers le rouge, donc les distances, peuvent être mesurés. La possibilité d'observer deux galaxies à la fois équivaudrait à utiliser simultanément deux télescopes VLT. VIMOS multiplie ainsi efficacement l'efficacité des VLT des centaines de fois.
Cela permet de compléter en quelques heures des observations qui auraient pris des mois il y a seulement quelques années. Avec des capacités jusqu'à dix fois plus productives que les instruments concurrents, VIMOS offre pour la première fois la possibilité de réaliser un recensement impartial de l'Univers lointain.
En utilisant la haute efficacité de l'instrument VIMOS, l'équipe d'astronomes s'est embarquée dans le VIMOS VLT Deep Survey (VVDS) dont le but est de mesurer dans une partie du ciel sélectionnée le décalage vers le rouge de toutes les galaxies plus lumineuses que la magnitude 24 dans le rouge, c'est-à-dire , des galaxies qui sont jusqu'à 16 millions plus faibles que ce que l'œil nu peut voir.
Dans un échantillon total d'environ 8 000 galaxies sélectionnées uniquement sur la base de leur luminosité observée à la lumière rouge, près de 1 000 galaxies lumineuses et vigoureusement formées d'étoiles ont été découvertes à une époque de 1 500 à 4 500 millions d'années après le Big Bang (décalage vers le rouge entre 1,4 et 5) .
"A notre grande surprise", explique Olivier Le F? Vre, du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (France) et co-responsable du projet VVDS, "ceci est deux à six fois plus élevé que ce qui avait été constaté par les travaux précédents. Ces galaxies avaient été manquées parce que les relevés précédents avaient sélectionné des objets d'une manière beaucoup plus restrictive que nous. Et ils l'ont fait pour s'adapter à l'efficacité beaucoup plus faible de la génération d'instruments précédente. »
Alors que les observations et les modèles ont toujours indiqué que l'Univers n'avait pas encore formé de nombreuses étoiles au cours du premier milliard d'années du temps cosmique, la découverte faite par les scientifiques appelle à un changement significatif dans cette image.
En combinant les spectres de toutes les galaxies dans une gamme de décalage vers le rouge donnée (c'est-à-dire appartenant à la même époque), les astronomes pourraient estimer la quantité d'étoile formée dans ces galaxies. Ils constatent que les galaxies du jeune Univers se transforment en étoiles entre 10 et 100 fois la masse de notre Soleil en un an.
«Cette découverte implique que les galaxies ont formé beaucoup plus d'étoiles au début de la vie de l'Univers qu'on ne le pensait auparavant», explique Gianpaolo Vettolani, l'autre co-leader du projet VVDS, travaillant à l'INAF-IRA de Bologne (Italie). "Ces observations exigeront une réévaluation profonde de nos théories de la formation et de l'évolution des galaxies dans un Univers en mutation."
Il reste maintenant aux astronomes à expliquer comment on peut créer une si grande population de galaxies, produisant plus d'étoiles qu'on ne le pensait auparavant, à une époque où l'Univers était d'environ 10 à 20% de son âge actuel.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
