Fond diffus cosmologique et galaxies distantes
► Morphologie optique des galaxies distantes lumineuses dans l’infrarouge, à l’aide de la caméra ACS (Advanced Camera for Surveys) du télescope spatial Hubble. Excepté les deux galaxies en haut à droite de la figure, les 4 autres montrent une morphologie typique de galaxies en interaction.
À côté du fond diffus centimétrique dû au big bang, le satellite Cobe a permis la découverte d’un fond diffus infrarouge entre 140 et 1000 μm, mais de moindre intensité. Ceci montre qu’au cours de l’histoire de l’Univers, la lumière rayonnée par les étoiles formées au sein des galaxies a été absorbée par la poussière puis réémise thermiquement et se trouve donc principalement dans l’infrarouge (IR).
Les sondages profonds réalisés à l’aide du satellite ISO ont révélé l’existence d’une population de galaxies lumineuses dans l’IR (LIRG) près de soixante-dix fois plus nombreuses aujourd’hui que lorsque l’Univers avait la moitié de son âge actuel. Après avoir estimé leur distance (en moyenne elles sont localisées autour de z ~ 0.7), on a pu calculer qu’elles étaient responsables de près de 70 % du fond diffus extragalactique infrarouge, résolvant ainsi l’énigme posée par l’origine de ce fond intense.
La conséquence directe de cette étude a été de réviser notre compréhension de l’histoire cosmique de la formation des étoiles. Le résultat majeur de cette étude a été de constater que plus des deux tiers des étoiles présentes dans l’univers local devaient être nées au cours de flambées de formation d’étoiles. Il est connu que les interactions de galaxies tendent à leur faire perdre leur moment angulaire provoquant du même coup une forte concentration de gaz moléculaire et une ou plusieurs flambées de formation d’étoiles. On a comparé les mesures issues de l’émission IR de ces galaxies à celles de l’activité de formation d’étoiles réalisées grâce à un indicateur classique, la raie Hα. Il est apparu que même après correction d’absorption, l’émission Hαconduit à une sous-estimation du taux de formation des étoiles dans les LIRG. Les études précédentes de l’histoire de la formation d’étoiles utilisaient les raies d’oxygène ionisé (OII) ou Hα ou encore l’ultraviolet mais sans correction d’absorption, et ne voyait donc pas plus des deux tiers de l’activité des galaxies.
L’étude de la distribution spatiale des LIRG distantes a révélé un autre phénomène remarquable : elles sont principalement localisées dans les grandes structures de l’Univers, groupes, amas ou filaments. Leur morphologie indique d’ailleurs qu’elles subissent l’effet de leur environnement à travers des interactions avec d’autres galaxies. Ces interactions doivent se produire plus d’une fois pour expliquer la prépondérance des LIRG dans l’histoire de la formation d’étoiles de l’Univers.
Ainsi l’étude de l’Univers en infrarouge permet d’obtenir une cartographie « instantanée » des régions où les effets d’environnement déclenchent la formation d’étoiles et donc de suivre en « temps réel » la croissance des structures, par l’effet qu’elles produisent sur la conversion du gaz des galaxies en étoiles. En pratique, l’infrarouge est aussi sensible à la croissance en masse des trous noirs supermassifs au cœur des bulbes des galaxies. En combinant les observations infrarouges ISO avec les X durs mesurés avec XMM-Newton et Chandra, nous avons déterminé que l’énergie de près de 20 % des objets détectés par ISO provient principalement d’un trou noir supermassif. Ces objets sont à l’heure actuelle les meilleurs candidats pour expliquer l’origine du fond diffus X dur maximal à 30 keV.
#283 - Màj : 15/11/2004
