C'est une découverte totalement inattendue, due à la chance: en recherchant un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et...) de débris proche avec le télescope (Un télescope (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir ») est un...) de 30m de l'Institut de Radioastronomie (La radioastronomie est une branche de l'astronomie qui s'occupe de l'observation du ciel dans le domaine des ondes...) Millimétrique (IRAM) [1], une équipe internationale, menée par des chercheurs du Laboratoire d'Etude du Rayonnement (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement...) et de la Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont...) en Astrophysique (L’astrophysique est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et...) [2], a découvert la galaxie submillimétrique (SMG) la plus intense de l'hémisphère Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) aux longueurs d'ondes millimétriques en détectant l'émission de l'énorme quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre...) de poussière qu'elle recèle, l'obscurcissant et la rendant invisible en optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière et de ses relations avec la vision.). L'équipe a découvert en plus un énorme réservoir de gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi...) moléculaire dans cette galaxie qui leur a permis de déterminer son décalage vers le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) (redshift), et donc sa distance. Ce décalage vers le rouge est de 3,93, ce qui implique que la galaxie a envoyé ses photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique....) quand l'Univers (On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant...) était encore très jeune (10% de son âge actuel). L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble, désigne intuitivement une collection d’objets (que l'on appelle éléments...) des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose,...) photométriques indique aussi que l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la...) de la galaxie provient principalement d'une flambée de formation d'étoiles et non de l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) d'un trou noir supermassif (En astrophysique, un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche...) supermassif est un trou noir dont la masse (La masse est une propriété fondamentale de la matière qui se manifeste à la fois par l'inertie des corps et leur...) est d'environ un million à un milliard de...) au centre de cette galaxie.
Le quasar du "Trèfle à quatre feuilles", composé de 4 images gravitationnelles:
en vert le gaz HCN détecté en radio, superposé à l'image du télescope spatial Hubble (Le télescope spatial (L'utilisation d'un télescope sur Terre est limitée par les turbulences de l'atmosphère, qui dégradent considérablement...) Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600...) (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600...). Redshift z=2,56.
Crédit: © HST. NASA-ESA.
C'est en cartographiant une région d'un demi degré carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés : c'est un quadrilatère qui est à la fois un rectangle (il a...) du ciel avec le radiotélescope (Un radiotélescope est un télescope spécifique utilisé en radioastronomie pour capter les ondes radioélectriques émises...) de 30m de l'IRAM à la longueur (La longueur d’un objet représente la distance entre deux de ses extrémités, les plus éloignées possibles. Lorsque...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés...) de 1,2mm, que les chercheurs ont fait cette découverte. Ils étaient à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de...) de l'émission de poussière froide dans d'hypothétiques disques de débris autour d'étoiles proches, lorsqu'ils ont détecté une source très intense, si rare qu'a posteriori on estime que la probabilité (Probabilité vient du latin probare (prouver, ou tester). Le mot probable signifie « qui peut se produire »...) de la trouver était moins de 7%.
Tout d'abord, et puisqu'il n'y avait aucune contre-partie optique évidente dans les catalogues astronomiques, ils ont pensé à une jeune étoile très froide, dans notre Galaxie, nichée dans le nuage de gaz et de poussière lui ayant donné naissance, mais ils n'ont pas trouvé la signature de ce gaz proche. L'équipe a alors envisagé l'hypothèse plus audacieuse d'une galaxie très active, fabriquant en quantité des étoiles massives explosant rapidement en supernovae et noyant la galaxie dans leurs poussières. La conséquence prévisible de cette hypothèse était l'existence d'un énorme réservoir de gaz moléculaires associé qui devait être décelable par des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide...) de radioastronomie. Les chercheurs ont pointé à nouveau le radiotélescope de 30m de l'IRAM muni de son nouveau récepteur EMIR à large bande de fréquences vers cet objet et ont eu la satisfaction de détecter la raie d'émission du monoxyde de carbone (Table complète - Table étendue) (CO) qui est le gaz moléculaire le plus couramment détecté dans les galaxies, confirmant la nouvelle hypothèse. Finalement, alors qu'ils s'attendaient bien à un décalage de la raie d'émission du CO vers le rouge (vers les basses fréquences), nommé redshift ou z, à cause de la vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.) de fuite des galaxies, leur surprise a été de taille en mesurant un redshift aussi élevé que z=3,92960+/-0.00013, impliquant une distance telle que nous observons la galaxie telle qu'elle était quand l'Univers avait seulement le dixième de son âge.
L'analyse des spectres prouve que la majorité de la poussière est chauffée à une température de 45K. A partir des raies de CO observées, les astronomes en ont déduit que la masse du gaz est comprise entre 200 et 1 000 milliards de masses solaires. Ils ont déduit aussi que les radiations de cette galaxie invisible en optique étaient émises aux longueurs d'ondes comprises entre l' Infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la...) lointain et le millimétrique avec une puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) équivalente à celle produite par 500 000 milliards soleils. Son taux de formation d'étoiles serait aussi extrême, soit plus de 80 000 soleils formés par an, taux 50 fois supérieur à celui des galaxies les plus prolifiques connues à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux...). Ces valeurs extrêmement élevées ne peuvent être réconciliées avec nos idées actuelles sur la formation d'étoiles qu'en évoquant un effet d'amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique,...) de la galaxie par une lentille gravitationnelle (Les lentilles gravitationnelles déforment l'image que l'on reçoit d'un objet astronomique comme une galaxie.) en avant-plan. Par ailleurs, la température d'excitation modérée des raies de CO observées exclut un chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau, un être vivant pour lui...) dominé par l'activité d'un trou noir supermassif au centre de la galaxie, et privilégie l'idée que cette galaxie est bien le siège de flambées de formation stellaire.
Afin de comprendre la vraie nature de cette source exceptionnelle, d'autres observations à plus haute résolution spatiale doivent maintenant être engagées pour rechercher des signatures de la lentille gravitationnelle. Nous pouvons déjà prévoir que l'objet va nous apparaître sous la forme de plusieurs images, comme le quasar du "Trèfle à quatre feuilles", ou va s'étaler dans un anneau d'Einstein comme le quasar PSSJ2322+1944.
L'anneau d'Einstein PSS J2322+1944, observé en raie CO(2-1) avec l'interféromètre du VLA. Redshift z=4,12. Crédit: © NRAO.
Selon le facteur d'amplification, cette galaxie lointaine et jeune pourrait nous renseigner sur l'ancêtre des Galaxies Infrarouges Lumineuses Simples (LIRG) proches, comme les galaxies en interaction "des Antennes", ou des Galaxies Infrarouges Ultralumineuse (ULIRG) proches, comme le système de galaxies en fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps...) Arp 220.
Image optique du télescope spatial Hubble des galaxies en interaction "Les Antennes",
qui sont des Galaxies Infrarouges Lumineuses (LIRG). Redshift z=0,006.
Crédit: © HST. NASA-ESA.
Les galaxies en fusion Arp 220, une Galaxie Infrarouge Ultralumineuse (ULIRG),
comme vu en proche infrarouge par le télescope spatial Hubble. Redshift z=0,02.
Crédit: © HST. NASA-ESA.
Source: CNRS / INSU
Illustrations: Voir les légendes
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