Communiqué de presse

ALMA détecte des galaxies primordiales à une vitesse record

17 avril 2013

Une équipe d'astronomes a utilisé le nouveau télescope ALMA (Large Réseau (sub-)millimétrique de l'Atacama) pour localiser avec précision plus d'une centaine de galaxies caractérisées par un taux élevé de formation stellaire dans l'Univers jeune. ALMA est si puissant qu'en quelques heures à peine, il a capturé autant d'images de ces galaxies que l'ensemble des télescopes semblables répartis sur la surface du globe en plus de dix ans.

Dans l'Univers jeune, les sursauts les plus fertiles en naissance d'étoiles se sont produits au sein de galaxies distantes constituées d'une forte proportion de poussière cosmique. L'étude de ces galaxies constitue une étape clé dans notre compréhension de la formation et de l'évolution galactiques au cours de l'histoire de l'Univers, mais la poussière les obscurcit et les rend difficiles à identifier au moyen de télescopes opérant dans le domaine visible. Pour les repérer, les astronomes doivent utiliser des télescopes opérant à des longueurs d'ondes plus grandes, voisines du millimètre, tel ALMA.

"Les astronomes ont attendu des données semblables à celles-ci durant plus d'une décade. ALMA est si puissant qu'il a révolutionné la manière d'observer ces galaxies. Pourtant, le télescope était encore en phase d'achèvement à l'époque des observations", précise Jacqueline Hodge (Institut Max Planck pour l'Astronomie, Allemagne), auteur principal de l'article présentant les observations d'ALMA.

La meilleure carte de ces galaxies poussiéreuses et distantes dont nous disposions jusqu'à présent avait été dressée à l'aide de l'instrument APEX (Télescope Expérimental et Novateur de l'Atacama) piloté par l'ESO. Ce dernier avait exploré une portion du ciel de dimension équivalente à celle de la pleine Lune [1], et détecté 126 galaxies de ce type. Mais, sur les images fournies par APEX, chaque sursaut de formation d'étoiles apparaissait sous l'aspect d'une tâche relativement floue, dont l'extension pouvait masquer plus d'une galaxie si l'on se réfère aux images plus nettes réalisées dans d'autres domaines de longueur d'onde. Ne sachant pas exactement laquelle de ces galaxies donne naissance aux étoiles, l'étude de la formation stellaire dans l'Univers jeune effectuée par les astronomes se trouvait entravée.

La localisation précise des galaxies concernées requiert des observations plus fines, et des observations plus précises requièrent un télescope de plus grande dimension. APEX n'est équipé que d'une seule antenne de douze mètres de diamètre en forme de coupelle, tandis que des télescopes tels qu'ALMA utilisent plusieurs antennes semblables à celle d'APEX disposées sur une large surface. Les signaux en provenance de l'ensemble des antennes sont recombinés, de sorte que le signal résultant semble provenir d'un seul et unique télescope géant aussi étendu que l'ensemble du réseau d'antennes.

Pour observer les galaxies figurant sur la carte dressée par APEX, l'équipe a utilisé ALMA durant sa première phase d'observations scientifiques, alors que le télescope était encore en construction. En utilisant moins du quart du réseau total de 66 antennes, distantes de 125 mètres tout au plus, deux minutes seulement ont suffi à ALMA pour localiser chacune des galaxies dans une région 200 fois moins étendue que les tâches diffuses d'APEX, et avec une sensibilité trois fois meilleure. ALMA est doté d'une résolution tellement supérieure à celle des autres télescopes du même type qu'en l'espace de quelques heures seulement, il a doublé le nombre total d'observations effectuées auparavant.

Ces observations ont permis à l'équipe, non seulement d'identifier sans la moindre ambiguïté les galaxies abritant des régions d'intense formation d'étoiles, mais également, dans la moitié des cas, de détecter la présence de plusieurs galaxies riches en formation d'étoiles en lieu et place de chaque tâche diffuse renvoyée par les observations antérieures. La résolution élevée d'ALMA leur a permis de distinguer les galaxies les unes des autres.

"Auparavant, nous pensions que les plus brillantes de ces galaxies affichaient un taux de formation stellaire mille fois plus élevé que celui caractérisant notre propre galaxie, la Voie Lactée, ce qui les exposait au risque d'exploser. Les images d'ALMA ont révélé l'existence de nombreuses galaxies de dimensions plus faibles, au sein desquelles les étoiles se forment à des taux plus raisonnables" nous explique Alexander Karim (Université de Durham, Royaume-Uni), membre de l'équipe et auteur principal d'un article annexe sur ce travail.

Les résultats constituent le premier catalogue statistiquement fiable de galaxies poussiéreuses et formant des étoiles dans l'Univers jeune, et offrent de solides bases à toutes investigations futures sur les propriétés de ces galaxies à différentes longueurs d'onde, dénuées de tout risque de mauvaise interprétation résultant de l'impossibilité de discerner les galaxies entre elles.

En dépit de la netteté des observations d'ALMA et de sa sensibilité inégalée, les télescopes tels qu'APEX ont encore un rôle à jouer. "APEX peut couvrir une large zone du ciel plus rapidement qu'ALMA, et à ce titre, il constitue un outil idéal pour découvrir ce type de galaxies. Dès que nous savons où regarder, nous pouvons utiliser ALMA pour les localiser précisément" conclut Ian Smail (Université de Durham, Royaume-Uni), co-auteur du nouvel article.

Notes

[1] Les observations ont été effectuées dans une région du ciel située au sud de la constellation de Fornax (Le Fourneau) baptisée le Sud du Champ Profond de Chandra. Cette région a déjà fait l'objet d'observations au moyen de nombreux télescopes au sol et dans l'espace. Les nouvelles observations d'ALMA étendent les observations profondes et haute résolution de cette région à la partie (sub-)millimétrique du spectre et viennent compléter les observations antérieures.

Plus d'informations

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) est un équipement international pour l'astronomie. Il est le fruit d'un partenariat entre l'Europe, l'Amérique du Nord et l'Asie de l'Est en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé en Europe par l'ESO (Observatoire Européen Austral), en Amérique du Nord par la NSF (Fondation Nationale de la Science) en coopération avec le NRC (Conseil National de la Recherche au Canada) et le NSC (Conseil National de la Science à Taïwan), en Asie de l'Est par les Instituts Nationaux des Sciences Naturelles (NINS) du Japon avec l'Academia Sinica (AS) à Taïwan. La construction et les opérations d'ALMA sont pilotées par l'ESO pour l'Europe, par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) pour l'Amérique du Nord et par le National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) pour l'Asie de l'Est. L'Observatoire commun ALMA (JAO pour Joint ALMA Observatory) apporte un leadership et un management unifiés pour la construction, la mise en service et l'exploitation d'ALMA.

APEX (Atacama Pathfinder Experiment) est une collaboration entre le Max Planck Institut für Radioastronomie (MPIfR) pour 50%, l'Onsala Space Observatory (OSO) pour 23% et l'Observatoire Européen Austral pour 27%.

Ce travail de recherche a fait l'objet d'un article intitulé "An ALMA Survey of Submillimeter Galaxies in the Extended Chandra Deep Field South: Source Catalog and Multiplicity" par J. Hodge et al., à paraître dans l'Astrophysical Journal.

L'article annexe, "An ALMA survey of submillimetre galaxies in the Extended Chandra Deep Field South: High resolution 870 μm source counts" par A. Karim et al., porte sur la multiplicité des sources et paraîtra dans la revue publiée par l'Université d'Oxford, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

L'équipe est composée de J.A. Hodge (Institut Max Planck pour l'Astronomie MPIA, Heidelberg, Allemagne), A. Karim (Institut de Cosmologie Numérique, Université de Durham, Royaume-Uni), I. Smail (Durham), A. M. Swinbank (Durham), F. Walter (MPIA), A. D. Biggs (ESO), R. J. Ivison (UKATC et Institut d'Astronomie, Université d'Edinbourg, Edinbourg, Royaume-Uni), A. Weiss (Institut Max Planck pour l'Astronomie, Bonn, Allemagne), D. M. Alexander (Durham), F. Bertoldi (Institut d'Astronomie d'Argelander, Université de Bonn, Allemagne), W. N. Brandt (Institut de la Gravitation et du Cosmos & Département d'Astronomie & Astrophysique, Université d'Etat de Pennsylvanie, Université Park, Etats-Unis), S. C. Chapman (Institut d'Astronomie, Université de Cambridge, Royaume-Uni; Département de Physique et de Science Atmosphérique, Université de Dalhousie, Halifax, Royaume-Uni), K. E. K. Coppin (Université McGill, Montréal, Canada), P. Cox (IRAM, Saint–Martin d'Hyères, France), A. L. R. Danielson (Durham), H. Dannerbauer (Université de Vienne, Autriche), C. De Breuck (ESO), R. Decarli (MPIA), A. C. Edge (Durham), T. R. Greve (Université College de Londres, Royaume-Uni), K. K. Knudsen (Département des Sciences de la Terre et de l'Espace, Université de Technologie Chalmers, Observatoire de l'Espace Onsala, Onsala, Suède), K. M. Menten (Institut Max Planck de Radioastronomie, Bonn, Allemagne), H.–W. Rix (MPIA), E. Schinnerer (MPIA), J. M. Simpson (Durham), J. L. Wardlow (Département de Physique & Astronomie, Université de Californie, Irvine, Etats-Unis) et P. van der Werf (Observatoire de Leiden, Pays-Bas).

L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 15 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Brésil, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l'Italie, les Pays-Bas, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est le plus grand télescope conçu exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d'un télescope européen géant (E-ELT pour European Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'E-ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel ».

Liens

• L'article scientifique
• Photos d'ALMA 

Contacts

Jacqueline Hodge
Max-Planck-Institut für Astronomie
Heidelberg, Germany
Tél: +49 6221 528 467
Courriel: hodge@mpia.de

Alexander Karim
Institute for Computational Cosmology, Durham University
Durham, United Kingdom
Tél: +49 228 733658 (Christina Stein-Schmitz)
Courriel: alexander.karim@durham.ac.uk

Mark Swinbank
Institute for Computational Cosmology, Durham University
Durham, United Kingdom
Tél: +44 191 334 3772 (Lindsay Borrero)
Courriel: a.m.swinbank@durham.ac.uk

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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso1318.