Une nouvelle vue du télescope spatial Hubble montre certaines des premières galaxies brillantes à émerger dans l'Univers, apparues il y a environ 13 milliards d'années, soit 900 millions d'années après le Big Bang. Des galaxies comme celles-ci n'étaient pas visibles 700 millions d'années après le Big Bang, donc les petites galaxies doivent avoir fusionné assez rapidement pour qu'elles deviennent grandes et brillantes. Les découvertes ont été faites dans le champ ultra profond de Hubble et dans les champs d'enquête profonde du Great Observatory Origins.
Une recherche systématique des premières galaxies brillantes à se former dans le premier univers a révélé un bond spectaculaire du nombre de ces galaxies il y a environ 13 milliards d'années. Ces observations des premiers stades de l'évolution des galaxies fournissent de nouvelles preuves de la théorie hiérarchique de la formation des galaxies - l'idée que les grandes galaxies se sont accumulées au fil du temps lorsque les petites galaxies sont entrées en collision et ont fusionné.
Les astronomes Rychard Bouwens et Garth Illingworth de l'Université de Californie à Santa Cruz ont utilisé le télescope spatial Hubble pour explorer la formation de galaxies au cours des 900 premiers millions d'années après le Big Bang. Ils ont rapporté leurs dernières découvertes dans le numéro du 14 septembre de la revue Nature.
Des observations profondes dans trois zones sombres du ciel - les champs Hubble Ultra Deep Field et Great Observatory Origins Deep Survey - ont recueilli la faible lumière émise il y a 13 milliards d'années par les étoiles dans les galaxies primitives. Seules les galaxies les plus brillantes ont pu être détectées à de si grandes distances.
«Ce sont les données infrarouges et optiques les plus profondes jamais enregistrées. Nous envisageons un stade très précoce de l'accumulation de galaxies », a déclaré Illingworth, professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'UCSC.
Les chercheurs ont observé des centaines de galaxies brillantes environ 900 millions d'années après le Big Bang. Mais quand ils ont regardé plus profondément, environ 200 millions d'années plus tôt dans le temps, ils n'en ont trouvé qu'un. Assouplir un peu leurs critères de recherche a révélé un peu plus de candidats, mais il est clair que de nombreux changements ont eu lieu au cours de ces 200 millions d'années, a déclaré Illingworth.
«Les galaxies plus grandes et plus lumineuses n'étaient tout simplement pas en place 700 millions d'années après le Big Bang. Pourtant, 200 millions d'années plus tard, il y en avait beaucoup plus, il a donc dû y avoir beaucoup de fusion de petites galaxies pendant cette période », a-t-il déclaré.
Les astronomes peuvent déterminer le moment où la lumière a été émise depuis une source éloignée par son décalage vers le rouge, une mesure de la façon dont l'expansion de l'univers a étiré les longueurs d'onde de la lumière alors qu'elle voyageait à travers l'espace sur de grandes distances. Bouwens, boursier postdoctoral à l'UCSC et premier auteur du document Nature, a développé un logiciel pour parcourir systématiquement les données Hubble à la recherche de galaxies à haut décalage vers le rouge.
Les données provenaient de deux instruments puissants sur Hubble, la caméra avancée pour les enquêtes (ACS) et la caméra proche infrarouge et le spectrographe multi-objets (NICMOS). Les chercheurs ont comparé le nombre de galaxies détectées à un décalage vers le rouge de 7 à 8 (700 millions d'années après le Big Bang) avec ce qu'elles auraient pu s'attendre à trouver si la population de galaxies était alors semblable à la population qu'ils avaient observée au redshift 6 (200 millions d'années plus tard). Selon la rigueur de leurs critères de sélection, ils ont trouvé une galaxie où ils auraient attendu 10, ou quatre où ils auraient attendu 17.
«Notre approche fournit un moyen très quantitatif de mesurer l'accumulation de structure dans l'univers, afin que nous puissions voir à quelle vitesse elle a changé au fil du temps lorsque les petites galaxies ont fusionné pour en former de plus grandes», a déclaré Bouwens.
Les galaxies observées dans ce relevé sont beaucoup plus petites que notre propre Voie lactée et d'autres galaxies géantes vues aujourd'hui dans l'univers proche. Ces premières galaxies étaient également en feu avec la formation d'étoiles, émettant une lumière bleutée qui a été déplacée en lumière rouge au cours de son voyage de 13 milliards d'années vers les détecteurs sensibles de Hubble.
"Il est assez étonnant que nous soyons en mesure de regarder en arrière sur 13 milliards d'années. Nous examinons des galaxies qui ont déjà évolué à partir de précurseurs plus petits, mais ce n'est que quelques centaines de millions d'années après la formation des premières étoiles », a déclaré Illingworth.
Si la Voie lactée est une personne âgée galactique, alors ces galaxies sont des tout-petits ou des enfants d'âge préscolaire. Pour l'instant, les chercheurs sont incapables de détecter les galaxies infantiles encore plus petites qui ont dû fusionner pour former ces premières galaxies brillantes.
Mais les germes de ces premières galaxies peuvent être vus dans le rayonnement de fond des micro-ondes cosmiques, mesuré le plus récemment et avec précision par la sonde d'anisotropie à micro-ondes de Wilkinson (WMAP), qui montre de légères fluctuations de densité dans un univers remarquablement homogène environ 400 000 ans après le Big Coup.
«Très tôt dans l'évolution de l'univers, tout s'est très bien passé. Mais au fil du temps, l'univers est devenu de plus en plus aggloméré à mesure que la gravité entraînait plus de matière dans les zones plus denses », a déclaré Bouwens. "Nos observations des premières galaxies nous permettent de mesurer la vitesse à laquelle l'univers évoluait de petites à de plus grandes touffes."
La détection des toutes premières galaxies à se former sera possible avec le successeur de Hubble, le télescope spatial James Webb, dont le lancement est actuellement prévu en 2013, a déclaré Illingworth. Des informations supplémentaires sur la recherche des premières galaxies sont disponibles sur le Web à l'adresse http://firstgalaxies.ucolick.org/.
Source d'origine: Communiqué de presse UCSC
