Plus vous regardez profondément dans l'univers, plus vous revenez dans le temps. Parfois, vous pouvez même creuser trop profondément et voir des «jeunes» galaxies ressemblant à la Voie Lactée, située à 12 milliards d'années de nous.
Une interprétation artistique du prédécesseur de la voie lactée dans l’univers primitif. Placé dans le contexte d'un quasar scintillant à travers le «super-halo» d'hydrogène gazeux entourant la galaxie.
En analysant de vieux objets de l’Univers, les astronomes parviennent à comprendre l’apparence de notre galaxie dans sa jeunesse.
Grâce au réseau ALMA (Atamam large millimeter range), les chercheurs ont pu trouver des "moulages" de galaxies comme la nôtre, alors que leur formation d'étoiles commençait à s'accélérer. Ensuite, l'univers a atteint 2 milliards d'années. Puisque la lumière a la vitesse, regarder profondément dans l'espace signifie regarder littéralement dans le passé, en admirant des galaxies situées à 12 milliards d'années de la Terre. Le cosmos moderne a 13,8 milliards d'années.
En considérant deux anciennes galaxies dans les longueurs d'onde infrarouges, les scientifiques ont remarqué qu'au début de leur développement, ils avaient des disques allongés de gaz d'hydrogène nettement supérieurs aux plus petites zones de formations stellaires à l'intérieur. Ils ont également vu des disques de gaz et de poussière en rotation et des étoiles à formation rapide (jusqu'à 100 masses solaires par an). Pour voir les galaxies ALMA J081740.86 + 135138.2 et ALMA J120110.26 + 211756.2, il était nécessaire d’utiliser la lumière de deux quasars à l’arrière-plan. Ce sont des trous noirs supermassifs entourés de disques d’accrétion brillants. Ils sont considérés comme des centres de galaxies actives.
Image de composition d’une jeune galaxie, semblable à la Voie lactée, séparée de 12 milliards d’années lumière, ainsi que d’un quasar de fond, situé à 12,5 milliards d’années lumière.
Il est généralement difficile de regarder les galaxies avant un quasar, car les quasars sont très brillants et la jeune galaxie est faible. Mais ALMA était capable de suivre la lumière infrarouge du carbone ionisé des galaxies, brillante par elle-même, ainsi que la silhouette de l'hydrogène à la lueur des quasars. Le carbone, émettant de la lumière à une longueur d’onde de 158 micromètres (région de l’infrarouge lointain), caractérise la structure de chaque galaxie. Les émissions de lumière infrarouge de la poussière indiquent des zones de naissance stellaire.
Le carbone lumineux a également donné des indices sur la structure des galaxies. Il s'est avéré qu'il est passé de l'hydrogène gazeux, qui était à l'origine vu par les astronomes. Cela signifie que les gaz galactiques s'étendent loin d'une région dense de carbone, indiquant que chaque galaxie est dotée d'un grand halo d'hydrogène.
En ce qui concerne les objets de premier plan, "nous nous attendions à voir un faible éclatement directement au-dessus du quasar et avons plutôt remarqué des galaxies lumineuses très éloignées du quasar", a déclaré l'astrophysicien J. Xavier Prohaska de l'Université de Californie (Santa Cruz). Les données ont également montré que les jeunes galaxies ont déjà commencé à tourner, ce qui est un signe de galaxies spirales, comme la Voie lactée.
La recherche de ces premières galaxies a débuté en 2003, alors que Prohaska travaillait sur l’idée d’utiliser les spectres de quasars et les longueurs d’ondes de la lumière qu’ils émettent pour les retrouver au premier plan de la galaxie. Cette méthode s'appelle les systèmes à amortissement Lyman-alpha, car le gaz hydrogène bloque certaines longueurs d'onde de la lumière du quasar, révélant ainsi la présence et l'étendue du gaz.
«ALMA a aidé à résoudre un débat pluriannuel sur la formation des galaxies», déclare Chris Carilli, astronome à l'Observatoire national de radioastronomie de Socorro, au Nouveau-Mexique. "Il s'est avéré que certaines des toutes premières galaxies ont des halos qui sont bien plus développés qu'on ne le pensait auparavant", a-t-il déclaré, ajoutant que ces halos "pourraient représenter un matériau futur pour la croissance de la galaxie."
