31 mars 2015
Une clé de la formation des amas de galaxies découverte par Herschel et Planck
Des galaxies lointaines forment d’impressionnantes quantités d’étoiles.

Une équipe internationale, dirigée par des astrophysiciens de l’Institut d’astrophysique spatiale à Orsay (CNRS/Université Paris-Sud) et de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie à Toulouse (CNRS/Université Paul Sabatier) et à laquelle ont contribué des chercheurs du Service d’Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu , ont découvert à l’aide des satellites Planck et Herschel de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) de nouvelles et énigmatiques galaxies lointaines formant d’impressionnantes quantités d’étoiles. La plupart de ces galaxies présentent la propriété de se regrouper fortement et pourraient être des amas de galaxies en train de se former tant recherchés. Les scientifiques cherchent depuis longtemps à observer de telles formations qui peuvent aider à répondre à une question centrale de la cosmologie concernant la manière dont se forment les grandes structures dans l’Univers. Ces résultats signés par la collaboration Planck sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics.

 

La recherche des premiers amas de galaxies.

Étudier les époques où la formation d’étoiles dans les galaxies était très intense, est un bon moyen de connaître la dynamique et l’évolution des galaxies des grands amas, ainsi que les gaz intra-amas. Par de telles études, il est possible d’apporter de nombreuses de contraintes observationnelles. Ces amas anciens sont aussi une source d’informations cosmologiques précieuse ; par exemple sur le contenu baryonique de l’Univers, l’agrégation de la masse à grande échelle et la formation des grandes structures, et, pour les temps les plus reculés, l’identification d’éventuelles d’inhomogénéités primordiales [1]. Pour toutes ces raisons, la quête d’amas de galaxies lointains ou de galaxies lointaines amplifiés par effet de lentille gravitationnelle est un sujet brûlant de la cosmologie observationnelle. À cette fin, le satellite Planck de l’ESA a le potentiel découvrir ces objets rares sur l’ensemble du ciel et l’observatoire spatial Herschel de l’ESA peut quant à lui parfaitement les examiner en détail.

Le satellite Planck fournit la première image de la totalité du ciel dans les ondes submillimétriques avec la sensibilité requise pour identifier systématiquement les sources à grand décalage vers le rouge [2] les plus lumineuses. Ces sources peuvent être soit des galaxies gravitationnellement amplifiées, soit le cumul de l’émission d’un ensemble de galaxies également sièges d’intenses et rapides formations d’étoiles appelées flambées (plus de 500 fois le taux de formation de notre Galaxie). Dans cette étude, les astrophysiciens ont découvert que la plupart des candidats Planck à grand décalage vers le rouge sont de telles concentrations de galaxies.

 
Une clé de la formation des amas de galaxies découverte par Herschel et Planck

Images de Herschel-SPIRE de deux candidats amas à grand décalage vers le rouge. Ces composites en trois couleurs représentent en bleu l’image à 250 microns de longueur d’onde, en vert 350 microns, et en rouge 500 microns. Les contours jaunes représentent l’excès de densité de galaxies, mettant en évidence d’impressionnantes surdensités de galaxies. Le contour blanc représente la zone de détection dans Planck. © Dole, Guéry, ESA, Planck Collab., HFI consotrium, IAS, CNES, univ. Paris-Sud, CNRS

Peu d’informations sont disponibles sur ces groupes de galaxies, et avec cette étude, les scientifiques de Planck ont commencé une recherche dédiée et systématique dans les données de la collaboration et beaucoup de candidats ont été découverts. Les scientifiques ont ensuite fait appel à Herschel qui a observé plus de 200 de ces objets. La résolution angulaire de Herschel et sa haute sensibilité a alors permis de dévoiler la nature des candidats à grand décalage vers le rouge identifiés par Planck. En plus de galaxies gravitationnellement amplifiées, les chercheurs ont pu identifier et caractériser des concentrations de galaxies rouges (haut décalage vers le rouge) potentiellement en train de constituer des amas. En effet, certaines d’entre elles montrent des signes concourants et non équivoques d’agrégation en amas.

 
Une clé de la formation des amas de galaxies découverte par Herschel et Planck

En bas au milieu: la totalité du ciel observé par Planck à 545 GHz, avec en points rouges les candidats identifiés, puis observés par Herschel. Tout autour: quelques images de Herschel, avec les contours de densité de galaxies.
© Dole, Guéry, Hurier, ESA, Planck Collab., HFI consotrium, IAS, CNES, univ. Paris-Sud, CNRS

En résumé, les astrophysiciens ont découvert que la plupart des candidats Planck à grand décalage vers le rouge sont des concentrations de galaxies formant intensément des étoiles. Plus important encore, de nombreux indices montrent qu’elles pourraient être des amas en train de se former. Cette importante découverte révèle les grandes structures dans leur phase de formation jamais observée auparavant avec autant de détails et sur un si large échantillon. En outre, quelques joyaux sont également détectés dans le reste des données : des galaxies ultra brillantes à haut décalage vers le rouge, amplifiées par effet de lentille gravitationnelle, permettant une étude physique aussi détaillée de la composition du gaz et de la dynamique que dans les galaxies proches.
 

Contacts : Monique ARNAUD, Emeric LE FLOC'H

Publication :
"High-redshift infrared galaxy overdensity candidates and lensed sources discovered by Planck and confirmed by Herschel-SPIRE"
Planck Collaboration, dans la revue Astronomy & Astrophysics (sous presse), pour une version en ligne (arXhiv PDF file)

Voir          - le communique de l'ESA (31 mars 2015)

voir aussi - PLANCK : Nouvelles révélations sur la matière noire et les neutrinos fossiles (30 novembre 2014)
               - Les défauts du fond diffus de l'univers sont-ils réels ? (04 août 2014)
               - L'image la plus complète de la première lumière de l'Univers (27 janvier 2014)
               - Contrat rempli pour l'observatoire spatial Herschel (29 avril 2013)


[1]  Inhomogénéités primordiales : Ce sont les fluctuations quantiques de l’Univers naissant prédites par certains modèles cosmologiques.

[2]  Décalage vers le rouge : Le décalage vers le rouge cosmologique (en anglais redshift) est une mesure liée à la distance cosmologique de l’objet. Plus une source lumineuse est éloignée plus elle sera observée avec un décalage important vers le rouge. Ainsi, un objet qui émet dans l’infrarouge peut être vu dans le submillimetrique. Les sources à grand décalage vers le rouge correspondent ainsi à des objets éloignés et anciens, et donc dans l’Univers jeune.


 

Maj : 15/12/2015 (3565)

 

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