Le télescope spatial Spitzer (SST) est le quatrième et dernier instrument de la série des grands observatoires de la NASA. Le SST a suivi les observatoires du télescope spatial Hubble (HST), Chandra X-Ray et Compton Gamma Ray dans l'espace le 25 août 2003. Placé en orbite héliocentrique (solaire) à la traîne de la Terre, et travaillant sous une charte de plus de 2,5 ans au sein de la NASA. Origins Program, le SST a révélé la première lumière publique en mai 2004 - donnant au monde une vue infrarouge spectaculaire de la grande galaxie spirale M51 face à face à Canes Venatici.
Lord Rosse a d'abord décrit M51 comme une «nébuleuse spirale» en 1845. Ce n'est qu'Edwin Hubble a résolu de faibles étoiles variables dans un autre «M» - M31 - que M51 et d'autres «nébuleuses spirales» ont atteint un rang égal à notre propre voie lactée. - Galaxy!
Mais nommer une chose, ce n'est pas l'expliquer. L'une des choses les plus difficiles à expliquer à propos de quoi que ce soit est «Comment est-il devenu ce qu'il est?»
Bien avant la publication de l'image SST de M51, les astronomes avaient déjà été avertis d'un rare exemple d'une classe d'objets lointains dans le ciel - une vaste région de gaz et de poussière brillant faiblement mais sans surveillance par la lumière stellaire - juste le genre d'étude qui pourrait révolutionner la façon dont les astronomes comprennent la formation des galaxies. Le programme Origins de la NASA avait fait un succès majeur et maintenant le problème était de faire avancer le coureur à la maison en utilisant d'autres sources de données…
Dans un article intitulé «Découverte d'une grande nébuleuse gazeuse de ~ 200 kpc à z = ~ 2,7 avec le télescope spatial Spitzer» (publié le 29 mars 2005), l'astrophysicien Arjun Dey de l'Observatoire national d'astronomie optique (NOAO) et des collègues d'autres organisations ( y compris le centre d'opérations SST du Jet Propulsion Laboratory) a rassemblé des données de la moitié inférieure du spectre em - de la radio à la lumière visible - pour brosser un tableau de la formation initiale d'amas de galaxies associées à cette région excitée (et excitante) de poussière et gaz situé à environ 11,3 BLY dans le temps et l'espace.
Selon les mots de l'équipe, «Nous rapportons la découverte d'une très grande nébuleuse spatialement étendue associée à une source lumineuse infrarouge moyen.» Pour vous et moi, cela signifie qu'ils ont découvert «il y a longtemps et loin de la naissance galactique précoce».
L'objet (SST24 J1434110 + 331733) a été à l'origine cartographié à l'aide des détecteurs MIPS et IRAC du SST lors d'un levé infrarouge moyen de la constellation du printemps Bootes fin janvier 2004. Après la réduction des données par le personnel du JPL, il est devenu clair que le SST24 pourrait offrir des aperçus extrêmement significatifs de cette ère mystérieuse de déploiement galactique où les jeunes galaxies sont installées dans l'étoffe de la formation des étoiles. Mais pour pénétrer ce genre de choses, il faudrait agrandir l'image de la région en utilisant la lumière provenant de l'ensemble du spectre em.
En partie, le besoin d’avoir d’autres regards sur le SST24 était dû à l’ouverture limitée du miroir de 0,84 mètre du SST et à ces longues longueurs d’onde associées à la lumière infrarouge. Au mieux, le SST a révélé le tiers central de la nébulosité. (Les instruments à bord du SST sont limités à une résolution de détail de 6 secondes d'arc.) Trois détecteurs embarqués (la caméra à réseau infrarouge -IRAC, le spectrographe infrarouge - IRS et le photomètre multibande pour Spitzer - MIPS) capturent et analysent la lumière infrarouge de moyen à lointain. -longueur d'onde infrarouge (3,6-160 micromètres).
Bien que la lumière observée à l'aide des trois instruments SST provienne principalement d'objets «chauds» (gaz et poussière), la lumière provenant de sources quasi optiques peut également être vue après un décalage vers le rouge expansionniste sur de grandes distances. Fait intéressant, une ligne lumineuse particulière dans cette même «lumière quasi-optique» a été signalée pour la première fois pour une utilisation astronomique par l'astrophysicien Lyman Spitzer - homonyme du SST lui-même - l'un des principaux partisans de l'astronomie infrarouge du 20e siècle.
Associés aux données d'autres instruments, Dey et son équipe ont rassemblé un cas convaincant pour un noyau galactique actif (AGN) dans SST24. S'il était vérifié, un tel AGN démontrerait que les trous noirs jouent un rôle important dans l'évolution des premières galaxies. Un tel exemple pourrait très bien révolutionner notre compréhension de la formation des galaxies en faisant de l'AGN plus la cause - plutôt que l'effet - de la formation de groupes de galaxies…
Les données visuelles utilisées par l'équipe associée au SST24 ont été collectées à l'aide des télescopes de 4 m et 2,1 m du NOAO à Kitt Peak, en Arizona. Ces instruments ont amélioré la résolution SST d'un facteur de près de huit fois. D'autres données disponibles en lumière optique ont étendu l'image de la production d'énergie du SST24. En mai et juin 2004, des informations spectrographiques sur SST24 (ainsi que des objets de premier plan et d'arrière-plan) ont été rassemblées dans des bandes de 1 seconde d'arc finement réglées et précisément orientées à travers l'instrument Keck I de 10 mètres sur Mauna Kea, Hawaï.
D'après l'abrégé du journal, «La source lumineuse infrarouge moyen a été détectée pour la première fois dans des observations effectuées à l'aide du télescope spatial Spitzer. Les données d'imagerie à large bande existantes du NOAO Deep Wide-Field Survey ont révélé que la source infrarouge moyen était associée à une contrepartie optique diffuse, étendue dans le temps… Spectroscopie et imagerie supplémentaire… révèle que la source optique est presque uniquement une nébuleuse à émission de lignes avec peu ou pas d’émissions continues diffuses détectables. »
En règle générale, les galaxies matures affichent un spectre complet de lumière généré par le rayonnement du corps noir des photosphères stellaires. Ces spectres à large bande sont généralement renforcés par des raies d'émission étroites et lumineuses associées à l'excitation atomique. Mais le spectre du SST24 est dominé par une seule bande étroite de rayonnement. Cette bande - bien que décalée vers le rouge environ 3,7 fois en raison de 11,3 BLY de récession - s'associe à la fréquence "Lyman Alpha" émise par l'hydrogène gazeux. Habituellement, ces nuages Lyman-alpha irradient par stimulation à partir de quasars de fond éloignés. Mais dans le cas de SST24, un autre mécanisme peut être impliqué - une source de trou noir dans la nébuleuse elle-même.
En reconstituant la structure du SST24, l'équipe scientifique a déterminé que son AGN est décalé du centre du nuage de près d'un dixième de l'étendue totale du nuage. Bien qu'il ne soit pas clair quel impact ce décalage a sur la formation des galaxies, son fait doit être incorporé dans la façon dont nous modéliserons la formation des groupes de galaxies à l'avenir.
Les changements spectrographiques dans la lumière alpha de Lyman indiquent également que la région centrale de 100 KLY du SST24 tourne lentement et contient l'équivalent en masse d'environ 6 billions de soleils - environ 5 fois celui de nos propres galaxies Voie lactée et Whirlpool (M51) combinées. SST24 comprend une région de l'espace englobant facilement toute la Voie lactée et les douze galaxies satellites.
Mais SST24 n'est pas totalement dépourvu de formation d'étoiles. L'équipe rapporte qu '"une jeune étoile formant une galaxie se trouve près de l'extrémité nord de la nébuleuse". Cette galaxie est rougie par la poussière, a le même décalage vers le rouge que le rayonnement Lyman-alpha, plus un rayonnement à large bande associé à la formation d'étoiles. Cette galaxie ne donne aucune indication d'avoir un AGN. Pour cette raison, nous pouvons bientôt apprendre que les AGN ne peuvent pas jouer un rôle essentiel à la formation de toutes les galaxies.
Bien que l'examen par radiofréquences du SST24 soit difficile (en raison de problèmes de résolution à de longues longueurs d'onde), l'équipe souligne que son rapport de densité des infrarouges moyens aux ondes radioélectriques "présente une similitude remarquable avec les galaxies à éclat d'étoile ..." Pour cette raison, certaines parties du SST24 peut traverser une ère d'évolution stellaire rapide qui pourrait rapidement conduire à la révélation d'une galaxie à part entière riche en étoiles nicheuses lumineuses…
Le SST24 n'est pas le seul nuage Lyman-alpha jamais détecté, mais ceux qui ont été découverts sont considérés comme extraordinaires par l'équipe scientifique: «La rareté de ces nuages lyman-alpha> 100kpc, leur association avec les surdensités AGN et galaxies puissantes, et leur énergie suggèrent tous que ces régions sont les sites de formation des galaxies les plus massives. Si c'est le cas, la compréhension des conditions physiques et énergétiques de ces systèmes peut fournir des informations importantes sur le processus de formation de galaxies massives. »
Écrit par Jeff Barbour
