Les vestiges galactiques de «l'âge sombre» de l'univers tournent, selon les astronomes

Selon les astronomes, l'une des galaxies les plus lointaines jamais observées est très probablement en rotation. Une équipe internationale dirigée par Tsuyoshi Tokuoka de l'Université Waseda, au Japon, a découvert le mouvement à l'aide d'observations du grand réseau millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA) au Chili. Le résultat offre de nouvelles informations cruciales sur l’évolution des galaxies nouvellement formées et pourrait fournir des indications utiles pour les prochaines observations avec le télescope spatial James Webb (JWST).

Lorsque les galaxies ont commencé à se former, l’univers était dans son « âge sombre » – une période où pratiquement toute la matière était froide et transparente. Alors que la matière s’effondrait sous l’effet de la gravité, des galaxies se sont formées, déclenchant la formation d’étoiles dans les centres galactiques naissants et déclenchant ce qu’on appelle « l’époque de la réionisation » qui a mis fin à l’âge des ténèbres. À partir de là, la formation d’étoiles s’est étendue en disques galactiques en rotation, où résident désormais de nouvelles étoiles.

Les astronomes ont encore beaucoup à apprendre sur la physique qui régissait ces anciennes galaxies. Pour apporter un nouvel éclairage sur ces questions, notamment sur les origines de la rotation galactique, Tokuoka et ses collègues se sont tournés vers les observations d'ALMA. Cet instrument a révolutionné l’observation de galaxies lointaines fortement décalées vers le rouge, grâce à ses résolutions spatiales et fréquentielles impressionnantes.

Dans la dernière étude, les chercheurs ont utilisé ALMA pour étudier MACS1149-JD1 : une galaxie à lentille gravitationnelle située à plus de 10 milliards d'années-lumière, ce qui en fait l'un des objets les plus éloignés jamais confirmés. Grâce à la spectroscopie, les astronomes ont découvert que JD1 contient une population d'étoiles vieilles d'environ 300 millions d'années, situant ses origines bien à l'intérieur des âges sombres de l'univers – à peine 270 millions d'années après le Big Bang.

Différents redshifts

L’équipe a examiné les longueurs d’onde caractéristiques émises par l’oxygène doublement ionisé (O III) dans JD1. Ce gaz est largement présent dans les restes de supernova, ce qui en fait un composant clé du matériau du milieu interstellaire. Grâce à la résolution d'ALMA, l'équipe a pu identifier les variations du redshift des émissions d'O III dans différentes parties de la galaxie. Cela a révélé un gradient de vitesse de la matière dans le milieu interstellaire de JD1 – un côté de la galaxie affichant un redshift nettement différent.

Cette observation satisfait à presque tous les critères qui doivent être remplis pour confirmer qu'une galaxie est en rotation, ce qui en fait le premier exemple de disque en rotation jamais découvert. Sa vitesse de rotation était également beaucoup plus lente que celle d'autres galaxies, y compris la nôtre, ce qui suggère que le mouvement de rotation de JD1 en est encore à ses débuts.

Le résultat, décrit dans Les lettres du journal astrophysique, signifie que les astronomes ont enregistré des vitesses de rotation galactiques couvrant plus de 95 % de l'histoire totale de l'univers, ce qui, selon les membres de l'équipe, constitue une étape importante dans la compréhension de l'évolution des caractéristiques physiques des galaxies. Tokuoka et ses collègues espèrent désormais que de nombreuses questions en suspens trouveront bientôt une réponse avec l'aide du JWST, qui devrait leur permettre d'identifier l'âge de populations stellaires spécifiques à l'intérieur de la galaxie.