La galaxie MAMBO-9 a été observée directement, sans lentille gravitationnelle. Jamais une galaxie poussiéreuse en train de former des étoiles aussi éloignée n'avait été vue de cette façon.

La lumière d’une galaxie poussiéreuse en train de former des étoiles a été observée. C’est la plus éloignée de ce type qui a été vue directement, sans utiliser la méthode de la lentille gravitationnelle. Cette avancée fait l’objet d’une étude, publiée le 11 décembre 2019 dans The Astrophysical Journal (une prépublication du texte est accessible ici).

La galaxie, identifiée sous le nom « MM J100026.36+021527.9 », est surnommée MAMBO-9. La présence de cette galaxie est évoquée depuis une dizaine d’années, mais les scientifiques ne pouvaient pas déterminer à quelle distance elle se trouvait. « Ce qui est spécial à propos de cette observation, c’est qu’il s’agit de la galaxie poussiéreuse la plus éloignée que nous ayons jamais observée avec une vue non obstruée », résume Caitlin Casey, professeure adjointe au département d’astronomie de l’université du Texas à Austin, co-autrice de l’étude, citée dans un communiqué. La lumière de MAMBO-9 a mis 13 milliards d’années pour nous parvenir (et l’univers est âgé de 13,8 milliards d’années).

L’image radio de la galaxie MAMBO-9. // Source : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), C.M. Casey et al. ; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

« Les galaxies en train de former des étoiles les plus extrêmes représentent des défis uniques pour la théorie de la formation des galaxies. […] Cependant, l’identification de ces galaxies poussiéreuses formant des étoiles […], dans les deux premiers milliards d’années après le Big Bang, s’est révélée extrêmement difficile », écrivent les scientifiques. L’identification de ces galaxies dans les premiers moments de l’histoire de notre univers est importante pour tenter de comprendre comment se sont assemblées les galaxies massives, ajoutent-ils.

Observée sans lentille gravitationnelle : qu’est-ce que c’est ?

Ces galaxies sont difficiles à observer, car la lumière émise par leurs étoiles est cachée dans des nuages poussiéreux. Pour repérer les galaxies éloignées, les scientifiques peuvent utiliser ce qu’on appelle une lentille gravitationnelle : la présence d’autres galaxies, plus proches de notre planète, modifie la lumière émise par les galaxies plus lointaines. Autrement dit, ces galaxies jouent le rôle d’une lentille qui déforme la source lumineuse située à l’arrière-plan. Puisque la déformation observée dépend de la distance de la galaxie en arrière-plan, il est possible d’utiliser cette méthode pour estimer sa distance. Néanmoins, cette méthode empêche aussi les scientifiques de comprendre en détail l’objet observé à travers la lentille.

MAMBO-9 est un cas notable puisqu’il a été observé directement, sans cette méthode. Les scientifiques ont pu en déduire sa masse : ses gaz et poussières sont dix fois plus massifs que toutes les étoiles de la Voie lactée, ce qui montre que la galaxie est en train de former des étoiles. L’observation directe de cette source permet aussi aux scientifiques d’en déduire qu’il s’agit en fait d’un système, constitué par au moins deux galaxies qui pourraient interagir ou fusionner.

L’observatoire ALMA. // Source : P. Horálek/ESO (photo recadrée)

« Beaucoup reste à faire »

La galaxie a été détectée pour la première fois en 2007, par le bolomètre (un détecteur qui permet de mesurer la chaleur produite par un rayonnement de lumière) MAMBO, pour « Max-Planck-Millimeter-Bolometer » — d’où le surnom qui lui a été donné. Puisque cette observation ne permettait pas de déterminer la distance de MAMBO-9, les scientifiques ont utilisé le radiotélescope ALMA (le Grand réseau d’antennes millimétrique/submillimétrique de l’Atacama) pour obtenir des données plus précises.

« Même si ces données d’ALMA ont fourni une base pour la compréhension des propriétés physiques de MAMBO-9, beaucoup reste à faire », concluent les scientifiques. Ils estiment que le futur télescope spatial James Webb pourrait être très utile pour travailler sur des sources comme celle-ci, avec des estimations de masse et une résolution bien plus précises. « Nous voulons savoir comment la poussière peut se former si rapidement après le Big Bang », indique Caitlin Casey.

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