Parfois, il y a un alignement fortuit - lointain dans l'univers, où les objets sont séparés par des distances inimaginables mesurées en milliards d'années-lumière - lorsqu'un amas de galaxies au premier plan croise la lumière d'un objet encore plus éloigné. La conjonction joue des tours visuels, où l'amas de galaxies agit comme une lentille, semblant grossir et plier la lumière distante.
Le rare alignement cosmique peut faire apparaître l'univers lointain. Maintenant, les astronomes sont tombés sur une surprise: ils ont détecté la loupe cosmique la plus éloignée à ce jour.
Vu ci-dessus comme il y a 9,6 milliards d'années, cette galaxie elliptique monstre casse le précédent recordman de 200 millions d'années-lumière. Il plie, déforme et grossit la galaxie spirale éloignée, dont la lumière a mis 10,7 milliards d'années pour atteindre la Terre.
"Lorsque vous regardez il y a plus de 9 milliards d'années dans le premier univers, vous ne vous attendez pas du tout à trouver ce type de lentille galaxie-galaxie", a déclaré le chercheur principal Kim-Vy Tran de la Texas A&M University dans un communiqué de presse Hubble.
«Imaginez que vous tenez une loupe près de vous et que vous l’éloignez beaucoup plus loin. Lorsque vous regardez à travers une loupe tenue à bout de bras, les chances de voir un objet agrandi sont élevées. Mais si vous déplacez la loupe à travers la pièce, vos chances de voir la loupe presque parfaitement alignée avec un autre objet au-delà diminuent. »
L’équipe étudiait la formation des étoiles dans les données recueillies par l’Observatoire W. M. Keck à Hawaï, lorsqu’elles ont découvert une forte détection d’hydrogène gazeux chaud qui semblait se former dans une galaxie elliptique massive et lumineuse. Cela a semblé étrange à l'équipe. L'hydrogène chaud est un signe clair de naissance d'étoiles, mais il a été détecté dans une galaxie qui semblait beaucoup trop vieille pour former de nouvelles étoiles.
"J'ai été très surpris et inquiet", se souvient Tran. "Je pensais que nous avions fait une erreur majeure avec nos observations."
Tran a donc fouillé des images Hubble archivées, qui ont révélé un objet bleu taché à côté du plus grand elliptique. C'était la signature claire d'une lentille gravitationnelle.
"Nous avons découvert que la lumière de la galaxie cristalline et de la galaxie d'arrière-plan était mélangée dans les données au sol, ce qui nous déroutait", a déclaré la co-auteure Ivelina Momcheva de l'Université de Yale. «Les données spectroscopiques de Keck laissaient entendre que quelque chose d'intéressant se passait ici, mais ce n'est qu'avec la spectroscopie haute résolution de Hubble que nous avons pu séparer la galaxie de lentilles de la galaxie d'arrière-plan plus éloignée et déterminer que les deux étaient à des distances différentes. Les données Hubble ont également révélé l'aspect révélateur du système, avec la lentille de premier plan au milieu, flanquée d'un arc lumineux d'un côté et d'une légère tache de l'autre - les deux images déformées de la galaxie d'arrière-plan. Nous avions besoin de la combinaison de l'imagerie et de la spectroscopie pour résoudre le casse-tête. »
En mesurant l'intensité de la lumière de la galaxie de fond, l'équipe a pu mesurer la masse totale de la galaxie géante. Au total, il pèse 180 milliards de fois plus que notre Soleil. Bien que cela puisse sembler énorme, il pèse en réalité quatre fois moins que la galaxie de la Voie lactée.
"Il existe des centaines de galaxies de lentilles que nous connaissons, mais presque toutes sont relativement proches, en termes cosmiques", a déclaré l'auteur principal Kenneth Wong de l'Institut universitaire d'astronomie et d'astrophysique Kenneth Wong. «Trouver une lentille aussi éloignée que celle-ci est une découverte très spéciale car nous pouvons en apprendre davantage sur le contenu en matière noire des galaxies dans un passé lointain. En comparant notre analyse de cette galaxie de lentilles aux lentilles les plus proches, nous pouvons commencer à comprendre comment ce contenu de matière noire a évolué au fil du temps. »
Fait intéressant, la galaxie lenticulaire est sous-pondérée en termes de contenu en matière noire. Dans le passé, les astronomes ont supposé que la matière noire et la matière normale s'accumulaient également dans une galaxie au fil du temps. Mais cette galaxie, suggère que ce n'est pas le cas.
Les résultats de l'équipe ont été publiés dans le numéro du 10 juillet de The Astrophysical Journal Letters et sont disponibles en ligne.
