Crédit d'image: ESO
Bien que l'Univers soit actuellement de couleur beige dans l'ensemble, il était plus bleu, selon les astronomes de l'Observatoire européen austral. Les astronomes ont déterminé la distance et la couleur de 300 galaxies contenues dans le levé Hubble Deep Sky, qui a examiné en profondeur une région du ciel dans la constellation sud de Tuscanae.
Une équipe internationale d'astronomes [1] a déterminé la couleur de l'Univers quand il était très jeune. Alors que l'Univers est maintenant un peu beige, il était beaucoup plus bleu dans un passé lointain, à une époque où il n'avait que 2 500 millions d'années.
Ceci est le résultat d'une analyse approfondie et approfondie de plus de 300 galaxies observées dans une petite zone du ciel sud, le soi-disant Hubble Deep Field South. Le but principal de cette étude avancée était de comprendre comment le contenu stellaire de l'Univers a été assemblé et a changé au fil du temps.
L'astronome hollandaise Marijn Franx, membre de l'équipe de l'Observatoire de Leiden (Pays-Bas), explique: «La couleur bleue de l'Univers primitif est causée par la lumière principalement bleue des jeunes étoiles des galaxies. La couleur plus rouge du Space Magazine est causée par le nombre relativement plus grand d'étoiles plus vieilles et plus rouges. »
Le chef d'équipe, Gregory Rudnick de l'Institut Max-Planck d'astrophysique (Garching, Allemagne) ajoute: «Étant donné que la quantité totale de lumière dans l'Univers était à peu près la même qu'aujourd'hui et qu'une jeune étoile bleue émet beaucoup plus légère qu'une vieille étoile rouge, il devait y avoir beaucoup moins d'étoiles dans le jeune Univers qu'aujourd'hui. Nos nouvelles découvertes impliquent que la majorité des étoiles de l'Univers se sont formées relativement tard, peu de temps avant la naissance de notre Soleil, à un moment où l'Univers avait environ 7 000 millions d'années. »
Ces nouveaux résultats sont basés sur des données uniques collectées pendant plus de 100 heures d'observations avec l'instrument multimode ISAAC au Very Large Telescope (VLT) de l'ESO, dans le cadre d'un projet de recherche majeur, le Faint InfraRed Extragalactic Survey (FIRES). Les distances aux galaxies ont été estimées à partir de leur luminosité dans différentes bandes optiques de longueur d'onde proche infrarouge.
Observer le début de l'Univers
Il est désormais bien connu que le Soleil s'est formé il y a environ 4,5 milliards d'années. Mais à quand remonte la plupart des autres étoiles de notre galaxie d'origine? Et qu'en est-il des étoiles dans d'autres galaxies? Ce sont quelques-unes des questions clés de l'astronomie actuelle, mais elles ne peuvent être résolues que par des observations avec les plus grands télescopes du monde.
Une façon d'aborder ces problèmes est d'observer directement le très jeune univers - en remontant le temps. Pour cela, les astronomes profitent du fait que la lumière émise par des galaxies très éloignées voyage longtemps avant de nous atteindre. Ainsi, lorsque les astronomes regardent de tels objets éloignés, ils les voient tels qu'ils sont apparus il y a longtemps.
Ces galaxies éloignées sont cependant extrêmement faibles et ces observations sont donc techniquement difficiles. Une autre complication est que, en raison de l'expansion de l'Univers, la lumière de ces galaxies est déplacée vers des longueurs d'onde plus longues [2], hors de la gamme de longueurs d'onde optiques et dans la région infrarouge.
Afin d'étudier en détail ces premières galaxies, les astronomes doivent donc utiliser les plus grands télescopes au sol, collectant leur faible lumière lors de très longues expositions. De plus, ils doivent utiliser des détecteurs sensibles aux infrarouges.
Des télescopes comme des yeux géants
Le «Hubble Deep Field South (HDF-S)» est une très petite partie du ciel dans la constellation sud de Tucanae («le Toucan»). Il a été sélectionné pour des études très détaillées avec le télescope spatial Hubble (HST) et d'autres télescopes puissants. Les images optiques de ce champ obtenues par le HST représentent un temps d'exposition total de 140 heures. De nombreux télescopes au sol ont également obtenu des images et des spectres d'objets dans cette zone du ciel, en particulier les télescopes ESO au Chili.
Une zone du ciel de 2,5 x 2,5 arcmin2 en direction de HDF-S a été observée dans le cadre d'une étude approfondie (Faint InfraRed Extragalactic Survey; FIRES, voir ESO PR 23/02). Il est légèrement plus grand que le champ couvert par la caméra WFPC2 sur le HST, mais toujours 100 fois plus petit que la zone sous-tendue par la pleine lune.
Chaque fois que ce champ était visible depuis l'observatoire Paranal de l'ESO et que les conditions atmosphériques étaient optimales, les astronomes de l'ESO pointaient le télescope VLT ANTU de 8,2 m dans cette direction, prenant des images dans le proche infrarouge avec l'instrument multimode ISAAC. Au total, le champ a été observé pendant plus de 100 heures et les images résultantes (voir ESO PR 23/02) sont les vues au sol les plus profondes dans les bandes J et H proche infrarouge. L'image en bande K est la plus profonde jamais obtenue de n'importe quel champ du ciel dans cette bande spectrale, que ce soit depuis le sol ou depuis l'espace.
Ces données uniques offrent une vue exceptionnelle et ont maintenant permis des études sans précédent sur la population de galaxies dans le jeune univers. En effet, en raison des conditions de vision exceptionnelles à Paranal, les données obtenues avec le VLT ont une excellente netteté d'image (une «vision» de 0,48 seconde d'arc) et peuvent être combinées avec les données optiques HST avec presque aucune perte de qualité.
Une couleur plus bleue
Les astronomes ont pu détecter sans ambiguïté environ 300 galaxies sur ces images. Pour chacun d'eux, ils ont mesuré la distance en déterminant le décalage vers le rouge [2]. Cela a été fait au moyen d'une nouvelle méthode améliorée qui est basée sur la comparaison de la luminosité de chaque objet dans toutes les bandes spectrales individuelles avec celle d'un ensemble de galaxies proches.
De cette façon, des galaxies ont été trouvées sur le terrain avec des décalages vers le rouge pouvant atteindre z = 3,2, correspondant à des distances d'environ 11 500 millions d'années-lumière. En d'autres termes, les astronomes voyaient la lumière de ces galaxies très éloignées telles qu'elles étaient lorsque l'Univers n'avait que 2,2 milliards d'années.
Les astronomes ont ensuite déterminé la quantité de lumière émise par chaque galaxie de telle sorte que les effets du décalage vers le rouge ont été «supprimés». Autrement dit, ils ont mesuré la quantité de lumière à différentes longueurs d'onde (couleurs) telle qu'elle aurait été enregistrée par un observateur près de cette galaxie. Ceci, bien sûr, ne se réfère qu'à la lumière des étoiles qui ne sont pas fortement obscurcies par la poussière.
En résumant la lumière émise à différentes longueurs d'onde par toutes les galaxies à une époque cosmique donnée, les astronomes pourraient alors également déterminer la couleur moyenne de l'Univers (la «couleur cosmique») à cette époque. De plus, ils ont pu mesurer l'évolution de cette couleur à mesure que l'Univers vieillissait.
Ils concluent que la couleur cosmique devient plus rouge avec le temps. En particulier, il était beaucoup plus bleu dans le passé; maintenant, à l'âge de près de 14 000 millions d'années, l'Univers a une sorte de couleur beige.
Quand les étoiles se sont-elles formées?
Le changement de la couleur cosmique avec le temps peut être intéressant en soi, mais c'est également un outil essentiel pour déterminer la vitesse à laquelle les étoiles se sont assemblées dans l'Univers.
En effet, alors que la formation d'étoiles dans des galaxies individuelles peut avoir des histoires compliquées, accélérant parfois en véritables «éclats d'étoiles», les nouvelles observations - maintenant basées sur de nombreuses galaxies - montrent que «l'histoire moyenne» de la formation d'étoiles dans l'Univers est beaucoup plus simple. Cela est évident par le changement doux et observé de la couleur cosmique à mesure que l'Univers vieillissait.
En utilisant la couleur cosmique, les astronomes ont également pu déterminer comment l'âge moyen des étoiles relativement dégagées dans l'Univers a changé avec le temps. Étant donné que l'Univers était beaucoup plus bleu dans le passé qu'il ne l'est aujourd'hui, ils ont conclu que l'Univers ne produit pas autant d'étoiles bleues (de masse élevée et de courte durée de vie) qu'auparavant, tandis que dans le même temps, les rouges (masse faible) , longue durée de vie) des étoiles des générations précédentes de formation d'étoiles sont toujours présentes. Les étoiles bleues et massives meurent plus rapidement que les étoiles rouges de faible masse.Par conséquent, à mesure que l'âge d'un groupe d'étoiles augmente, les étoiles bleues de courte durée de vie meurent et la couleur moyenne du groupe devient plus rouge. L'Univers dans son ensemble aussi.
Ce comportement ressemble quelque peu à la tendance au vieillissement dans les pays occidentaux modernes où moins de bébés naissent que par le passé et les gens vivent plus longtemps que par le passé, avec pour effet total que l'âge moyen de la population augmente.
Les astronomes ont déterminé combien d'étoiles s'étaient déjà formées alors que l'Univers n'avait que 3 000 millions d'années. Les jeunes étoiles (de couleur bleue) émettent plus de lumière que les étoiles plus anciennes (plus rouges). Cependant, comme il y avait à peu près autant de lumière dans le jeune univers qu'aujourd'hui - bien que les galaxies soient maintenant beaucoup plus rouges - cela implique qu'il y avait moins d'étoiles dans le premier univers qu'aujourd'hui. La présente étude indique qu'il y avait dix fois moins d'étoiles à cette époque précoce qu'aujourd'hui.
Enfin, les astronomes ont découvert qu'environ la moitié des étoiles dans les galaxies observées se sont formées après l'époque où l'Univers était à peu près moitié moins vieux (7000 millions d'années après le Big Bang) qu'aujourd'hui (14000 millions d'années).
Bien que ce résultat ait été dérivé d'une étude d'un très petit champ de ciel, et peut donc ne pas être complètement représentatif de l'Univers dans son ensemble, le présent résultat s'est avéré valable dans d'autres champs de ciel.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
