Les plus vieilles galaxies

Seulement 480 millions d'années après le Big Bang, les galaxies existaient. Le télescope spatial Hubble a découvert une galaxie qui aurait existé dans l'univers primordial. Une étude publiée le 26 janvier 2011 montre le passé lointain du cosmos. On y voit la lueur d'une galaxie repérée dans l'infrarouge par Hubble, cette lumière aurait été émise il y a 13,2 milliards d'années.
A cette époque l'univers n'avait que 4% de son âge actuel, précisent Rychard Bouwens (Université de Californie) et son équipe.
"Ce résultat est à la limite de nos possibilités, mais nous avons passé des mois pour faire des tests afin de le confirmer et nous sommes maintenant assez sûr de nous", relève le professeur Garth Illingworth, un des co-auteurs de l'étude.
"Nous remontons tout près de l'époque des premières galaxies, qui se seraient formées quelque 200 à 300 millions d'années après le Big Bang", ajoute-t-il dans un communiqué de l'Université de Californie.
La lumière captée par les télescopes, après avoir voyagé à la vitesse de la lumière c'est-à-dire à 300 000 km/seconde, pendant plus de 13 milliards d'années, nous montre les premiers soubresauts de notre l'univers.

Les rayonnements électromagnétiques de cette époque ont une longueur d'onde qui se décale de plus en plus vers le rouge. Ce décalage vers le rouge ou redshift, sert à mesurer la durée du voyage de la lumière.
Plus la lumière est vieille, plus le redshift est grand.
Hubble UltraDeep 2009 (HUDF09) est un projet conçu en 2007. Grâce à des expositions de plusieurs jours, HUDF09 capture des images de l'univers dans l'infrarouge et ainsi les astronomes peuvent regarder l'univers lorsqu'il était très jeune. Ils peuvent alors analyser les premières lueurs des galaxies primordiales, seulement 600 millions d 'années après le Big Bang.
Pour voir notre Univers encore plus loin dans le passé, il faudra attendre le lancement, prévu en 2014, du télescope spatial James Webb.

Image : Petite lueur de la galaxie UDFj-39546284, déjà présente il y a 13,2 milliards d'années, 600 millions d'années après le Big Bang.
Image du télescope spatial Hubble (2011).

Les grandes galaxies spirales et elliptiques, les plus lumineuses et les mieux définies, sont les plus proches, elles sont à peine à 1 milliard d'années lumière de notre galaxie, c'est à dire quand le cosmos était déjà âgé de 13 milliards d'années.
Notre univers est vraiment grand.
C'est encore le télescope spatial Hubble qui a offert à Alice Shapley et ses collègues de l'université de Toronto, une vue incroyable de la galaxie BX442, publiée dans la revue Nature. Cette galaxie située à 10,7 milliards d'années, parmi 300 autres galaxies très lointaines, est bien une galaxie spirale malgré son âge.
Le groupe de la chercheuse menait une étude sur les galaxies génératrices d'étoiles datant du début de l'Univers, à environ 10,7 milliards d'années-lumière.
"Et voilà, sans prévenir, BX442 a surgi de l'image avec sa structure en spirale, on n'arrivait pas à y croire ! On ne s'attendait pas à une forme aussi belle étant donné que l'écrasante majorité des galaxies du début de l'Univers sont très irrégulières et grumeleuses", raconte Alice. Cette découverte est surprenante car jusque là, les astronomes estimaient que les vieilles galaxies du début de l'Univers (environ 3 milliards d'années après le Big Bang) étaient complètement désorganisées donc irrégulières. BX442 montre une organisation en spirales comme notre propre Galaxie, la voie Lactée. Sur cette représentation des données du télescope spatial Hubble, on peut y voir, en plus de la galaxie BX442, une galaxie irrégulière (en haut de l'image) qui semble être attirée par la vieille galaxie spirale. Cette découverte montre que il y a 11 milliards d'années, les premières galaxies spirales se formaient déjà. L'univers précoce, n'a pas fini d'étonner les chercheurs. Bien que la structure en spirale et la rotation ont été confirmées, la raison de la structure en spirale reste un mystère. Pourquoi cette galaxie a été en mesure de former de telles structures en spirale beaucoup plus tôt que les autres galaxies du même âge dans l'Univers primordial ?

Une des possibilités envisagée est la présence d'une petite galaxie compagnon, une galaxie naine que les chercheurs observent dans le processus de fusion avec la galaxie principale. Une galaxie naine pourrait favoriser la formation de la structure spirale de la galaxie principale.

Image : Galaxie spirale BX442 située à 10,7 milliards d'années. Image  du télescope spatial Hubble (HST).
TVH / Keck image en fausse couleur composite de la galaxie BX442 crédit: David Law / Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics.

Les cosmologistes ont trouvé une galaxie au plus profond de l'Univers matériel, tel qu'il existait il y a très longtemps. C'est en octobre 2012, la galaxie la plus éloignée de la nôtre et donc la plus vieille. Cette galaxie au nom barbare est appelée z8_GND_5296, a été confirmée la plus éloignée grâce à la spectroscopie, une technique qui cherche les signatures chimiques des éléments. Dans son cas, cet élément était l'hydrogène, le carburant principal des étoiles. Les chercheurs ont rapporté leurs résultats dans la revue Nature. z8_GND_5296 est une fenêtre ouverte sur notre passé le plus lointain, tel qu'il était 700 millions d'années après le Big Bang. Sur l'image de droite, le petit point zoomé dans le cadre vert est la galaxie z8_GND_5296. En plus du record de distance, les astronomes trouvent la nouvelle galaxie passionnante car elle semble produire des étoiles à un taux anormalement élevé, a déclaré le principal auteur de l'étude Steven Finkelstein, professeur adjoint d'astronomie à l' Université du Texas à Austin. Le taux de formation d'étoiles est mesurée par la quantité d'hydrogène brut de la galaxie qui se transforme en nouvelles étoiles chaque année. La galaxie z8_GND_5296 convertit l'hydrogène en grande quantité, plus de 300 fois la masse de notre soleil est transformée dans de nouvelles étoiles chaque année.

Comparativement notre Voie Lactée produit une à deux masses solaires chaque année. Au fur et à mesure que les scientifiques découvrent des objets lointains, ils confirment que l'univers primitif hébergeait des régions de formation intense d'étoiles, beaucoup plus que ce que nous pensions possible.
Elle est si loin que la lumière visible de la galaxie est décalée vers le rouge c'est dû à l'expansion de l'univers, à l'étirement de l'espace-temps. Ce phénomène, appelé "red shift", est semblable à l'effet Doppler pour le son en mouvement, la sirène d'une voiture de police est plus aigue lorsqu'elle se rapproche de nous et plus grave lorsqu'elle s'éloigne. Le mouvement comprime la longueur d'onde et augmente la fréquence des ondes sonores que l'observateur perçoit. C'est grâce à ce décalage dans l'infrarouge, que les astronomes peuvent calculer la distance d'un objet cosmique. Les astronomes étaient à la recherche d'une signature du rayonnement spécial de l'hydrogène appelée, la raie d'émission Lyman-alpha. Ce rayonnement qui représente une longueur d'onde particulière de la lumière a été découvert en provenance de z8_GND_5296, mais pas en provenance des 42 autres candidates observées.