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 Des galaxies étonnamment matures dans le jeune Univers

Publié le 3 novembre 2020

Alors que l’Univers n’avait qu’un dixième de son âge actuel, ses galaxies ont connu une poussée de croissance. C’est sur cette période que se sont penchés les scientifiques du projet ALPINE [1], en réalisant le premier grand relevé de galaxies lointaines à l’aide du télescope Alma [2] de l’ESO. Avec une surprise à la clé : ces galaxies observées au début de leur vie sont bien plus évoluées qu’attendu. Ces travaux font l’objet d’une série d’articles dans la revue Astronomy & Astrophysics le 27 octobre 2020, signés notamment par des membres du CNRS et d’Aix-Marseille Université .



Les galaxies ont commencé à se former très tôt dans l’histoire de l’Univers. Pour étudier leur enfance, il faut donc remonter à l’aube du temps, autrement dit observer des galaxies très lointaines. Le projet Alpine s’est penché sur la période entre 1 et 1,5 milliard d’années après le Big bang, quand les premières galaxies ont connu une poussée de croissance. Si des galaxies aussi lointaines avaient déjà été observées, c’est la première fois qu’un si grand nombre est étudié de manière systématique. Des images de 118 galaxies massives [3], obtenues avec les télescopes spatiaux Hubble (en lumière visible) et Spitzer (dans le proche infrarouge), ainsi que des spectres acquis avec les télescopes terrestres VLT et Keck ont été complétés par 70 heures d’observation avec Alma, dans le domaine des ondes submillimétriques (entre l’infrarouge et les ondes radio).

Ce dernier instrument permet en effet de quantifier la poussière, signe de maturité pour les galaxies, et le gaz froid, qui informe sur leur vitesse de croissance et le nombre d’étoiles qu’elles peuvent former, ainsi que le mouvement de ce gaz, autrement dit la dynamique des galaxies. Et c’est de là que sont venues les surprises. Pour commencer, les galaxies observées se sont révélées très riches en gaz froid, carburant de la formation d’étoiles… mais aussi en poussières, pourtant considérées comme des sous-produits des étoiles en fin de vie. Malgré leur jeune âge, ces galaxies auraient donc déjà formé et vu mourir une première génération d’étoiles ! Les galaxies étudiées présentent aussi des formes étonnamment variées : certaines sont désordonnées, d’autres ont déjà un disque en rotation qui conduira peut-être à une structure en spirale comme dans la Voie lactée, d’autres enfin ont été surprises en train de fusionner. Autre élément surprenant : il semblerait que certaines galaxies éjectent du gaz, formant autour d’elles de mystérieux halos. Ce relevé soulève donc un certain nombre de nouvelles questions sur l’évolution précoce des galaxies.

Bibliographie

Ces résultats font l’objet de 8 articles dans Astronomy & Astrophysics le 27 octobre 2020. Ils sont dédiés à la mémoire d’Olivier Le Fèvre, responsable du projet Alpine et chercheur au Laboratoire d’astrophysique de Marseille, décédé en juin 2020.

  • Olivier Le Fèvre et al. - The ALPINE-ALMA CII survey. Survey strategy, observations, and sample properties of 118 star-forming galaxies at 4<z<6 https://arxiv.org/abs/1910.09517
  • Matthieu Béthermin et al. - The ALPINE-ALMA CII survey. Data processing, catalogs, and statistical source properties https://arxiv.org/abs/2002.00962
  • Daniel Schaerer et al. - The ALPINE-ALMA CII survey. Little to no evolution in the CII–SFR relation over the last 13 Gyr https://arxiv.org/abs/2004.10760
  • Yoshinobu Fudamoto et al. - The ALPINE-ALMA CII Survey : Dust attenuation properties and obscured star-formation at z 4.4-5.8 https://arxiv.org/abs/2004.10760
  • Miroslava Dessauges-Zavadsky et al. - The ALPINE-ALMA CII survey. Molecular gas budget in the early Universe as traced by CII https://arxiv.org/abs/2004.10771
  • Paolo Cassata et al. - The ALPINE-ALMA CII survey. Small Lyalpha-CII velocity offsets in main-sequence galaxies at 4.4<z<6 https://arxiv.org/abs/2002.00967
  • Michele Ginolfi et al. - The ALPINE-ALMA CII Survey : CGM pollution and gas mixing by tidal stripping in a merging system at z 4.57 https://arxiv.org/abs/2004.13737
  • Carlotta Gruppioni et al. - The ALPINE-ALMA CII Survey : nature, luminosity function, and star formation history of continuum non-target galaxies up to z 6https://arxiv.org/abs/2006.04974
Contact
  • Matthieu Béthermin (Astronome Aix-Marseille Université, matthieu.bethermin .at. lam.fr)
  • Daniel Schaerer (CNRS / Université de Genève Researcher, daniel.schaerer. at unige.ch)
  • Guilaine Lagache (Astronome Aix-Marseille Université, guilaine.lagache .at. lam.fr)
  • Véronique Etienne (Attachée de presse CNRS, +33 1 44 96 51 37, veronique.etienne .at. cnrs.fr)

Notes

[1Acronyme signifiant the ALMA Large Program to INvestigate C+ at Early times.

[2Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ou grand réseau millimétrique/submillimétrique de l’Atacama) est un télescope dédié à l’étude du rayonnement provenant des objets les plus froids de l’Univers, composé de 66 antennes installées dans le désert de l’Atacama, dans les Andes chiliennes

[3Elles ont déjà atteint une masse proche de celle de la Voie lactée aujourd’hui.


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