Une Galaxie à 13,2 Milliards d'Années-Lumières

[Dr Eric Simon]

En janvier 2011 était publiée la découverte de la galaxie la plus lointaine (donc jeune) jamais observée, datant de l'époque où l'Univers n'avait que 500 millions d'années. Il était notamment démontré dans cet article que la population d'étoiles à ce moment augmentait à très grande vitesse.

 

Moins de deux ans après cette découverte importante, une deuxième galaxie ultra-lointaine et encore plus jeune, vient d'être identifiée avec un âge de seulement 490 +-15 millions d'années. L'Univers n'avait que 3.6% de son âge actuel…

 

On en parle cette semaine à la fois dans Nature et dans Science (qui ne cite pas le nom de son concurrent dans lequel est paru l'article!).

 

C'est une large collaboration d'astronomes américains, chinois, européens et chiliens qui signent cette découverte dans le numéro de Nature de cette semaine donc, pas moins de 36 co-auteurs pour cet article, ce qui est assez rare en astrophysique et digne d'un article de physique des particules…

Les auteurs, Wei Zeng et al., ont utilisé ce qui se fait de mieux aujourd'hui en matière d'astronomie en terme de ciel profond : la Wide Field Camera 3 du télescope spatial Hubble, qui a été installée en orbite en 2009. Il s'agit d'une caméra infrarouge aux performances exceptionnelles.

Dû à l'expansion de l'Univers, la lumière voit sa longueur d'onde modifiée avec la distance-temps. Plus la distance est importante, plus la lumière est rougie, décalée vers le rouge. On parle en astronomie avec le terme anglais redshift (décalage vers le rouge), qui est noté z. La valeur de z est égale au décalage de longueur d'onde par rapport à la longueur d'onde (delta lambda/lambda) et est proportionnelle à la distance.

 

La galaxie ultra-lointaine trouvée se situe à un redshift de 9.6 +-0.2, du jamais vu pour la seconde fois seulement. Avec ce décalage, inutile de chercher à voir la lumière visible de la galaxie : presque toute sa lumière se retrouve dans l'infra-rouge, même une partie de sa composante ultra-violette. La longueur d'onde est multipliée par (1+z), soit un facteur 10.6…

Et c'est là que la caméra WFC3 de Hubble entre en scène. Spécialement conçue pour capter la lumière infrarouge jusqu'à des fréquences relativement faibles (grandes longueurs d'ondes), elle excelle dans la détection des objets lointains.

 

Oui, mais il s'agit là plus que d'un objet lointain, ces photons ont 13.2 milliards d'année, et ils sont un peu fatigués de leur voyage, comprenez : la source est extrêmement faiblarde…

Pour résoudre ce petit problème, Wei Zeng et ses collègues ont rusé comme savent le faire les astrophysiciens. Ils ont recherché des moyens de regarder de tels objets extrêmement lointains là où ils pourraient être magnifiés. Magnifiés ? (vous entends-je vous exclamer).

 

C'est encore et toujours le phénomène de lentille gravitationnelle qui intervient ici. On l'a déjà évoqué à plusieurs reprises, la présence d'une grande masse produit une courbure de l'espace-temps, qui fait se courber les trajectoires des photons arrivant par derrière. Ça marche aussi bien pour les photons de la lumière visible, les rayons gamma ou les infra-rouges.

Et non seulement la lumière d'un objet situé à l'arrière-plan est courbée, mais l'image résultante peut s'en trouver concentrée, exactement à la façon d'une lentille. On voit en un seul point des photons qui auraient dû se trouver dans des directions différentes s'il n'y avait pas eu de masse entre le point source et nous.

 

La grosse masse-lentille en question qu'ont utilisée Zeng et al est un amas de galaxies proche qui s'appelle MACS 1149 +2223. Et cet amas magnifie l'intensité lumineuse des galaxies distantes par un facteur 15 !

Et comment déterminer la valeur de z une fois qu'on a repéré une galaxie très faible émettant dans l'infrarouge ? La méthode utilisée repose sur le fait que cette lumière avant de nous parvenir, a traversé une très longue distance et donc une grande quantité d'hydrogène. Et il se trouve que l'hydrogène possède des raies d'absorption : il absorbe notamment la lumière en dessous d'une certaine longueur d'onde qu'on appelle la raie Lyman alpha redshiftée . Il doit apparaître une extinction dans le spectre infrarouge qui dépend de la valeur de z, située à 121.6 x (1+z) nanomètres.

 

C'est par cette combinaison de méthodes que Zeng et ses 35 collègues ont trouvé cette perle rare. Il faut dire que ces méthodes ont déjà fait leur preuve en permettant la découverte d'une centaine de galaxies âgées entre 650 et 800 millions d'années. Mais jusqu'à aujourd'hui il n'en existait qu'une seule plus jeune que 600 millions d'années.

 

Une fois qu'ils ont mis en évidence cette charmante galaxie, l'équipe a évidemment voulu savoir approximativement depuis combien de temps elle s'était formée. Ils se sont tournés vers un autre télescope spatial, le Spitzer Space Telescope, spécialisé dans l'étude des vieilles étoiles. Et ils ont pu estimer que les étoiles (environ 150 millions) composant cette galaxie étaient déjà relativement vieilles, de l'ordre de 200 millions d'années. Ce qui veut dire que la galaxie que l'on voit telle que l'Univers était il y a 13.2 milliards d'années (je sais, c'est vertigineux), s'est formée avec ses premières étoiles quand l'Univers n'avait que 300 millions d'années…

 

Cette découverte rejoint alors un problème de cosmologie encore très mal compris aujourd'hui, à savoir la phase de réionisation de l'Univers primordial.

 

La découverte qu'il existait déjà des étoiles dans un Univers jeune de 300 millions d'années pourraient indiquer que ce sont justement ces premières étoiles qui pourraient être à l'origine de la réionisation du milieu interstellaire.

 

Il reste encore beaucoup d'observations et de mesures à faire sur les galaxies ultra-lointaines, et les instruments futurs de grand diamètre en seront des outils de choix, notamment pour affiner toujours mieux les évaluations de distances ainsi que découvrir de nouvelles galaxies au berceau toujours plus jeunes…

 

Dr Eric SIMON; http://drericsimon.blogspot.com

 

Sources :

A magnified young galaxy from about 500 million years after the Big Bang

Wei Zheng

Nature 489, 406–408 (20 September 2012)

 

Warped Light Reveals Infant Galaxy on the Brink of the 'Cosmic Dawn'

Y. Bhattacharjee

Science Vol. 337 no. 6101 p. 1442 (21 September 2012)

[Kelthuzad]

Merci pour les infos

 

Certaines images de ton site viennent de Wikipédia ?

[Dr Eric Simon]

Merci pour les infos

 

Certaines images de ton site viennent de Wikipédia ?

 

oui, si elles peuvent être réutilisées.

[ricounet]

Super intéressant ! Peux-tu développer un peu ce qu'est la phase de réionisation de l'Univers primordial ou nous renvoyer sur un lien (pas trop compliqué si possible).

[Dr Eric Simon]

Super intéressant ! Peux-tu développer un peu ce qu'est la phase de réionisation de l'Univers primordial ou nous renvoyer sur un lien (pas trop compliqué si possible).

 

J'en avais justement causé en juin dernier, suite à la petite liste de mystères qu'avait faite la revue Science :

http://drericsimon.blogspot.fr/2012/06/les-mysteres-de-lastronomie-58-quest-ce.html

 

En gros, une fois que les protons ont "attrapé" les électrons dans l'Univers primordial, on a de l'hydrogène neutre, mais aux environs de quelques centaines de millions d'années plus tard, on se retrouve à nouveau avec de l'hydrogène ionisé (protons et électrons séparés). Et on comprend mal la cause de cette ré ionisation, sachant qu'il faut au minimum de l'UV pour ça.

Modifié 21 septembre 2012 par Dr Eric Simon

[magellan_]

bonsoir,

 

article super interessant mais c est un peu ( trop ) complique pour moi pour le moment, cependant je reste fascine par ce que peuvent faires les physiciens aujourd'hui.

[ricounet]

J'en avais justement causé en juin dernier, suite à la petite liste de mystères qu'avait faite la revue Science :

http://drericsimon.blogspot.fr/2012/06/les-mysteres-de-lastronomie-58-quest-ce.html

 

En gros, une fois que les protons ont "attrapé" les électrons dans l'Univers primordial, on a de l'hydrogène neutre, mais aux environs de quelques centaines de millions d'années plus tard, on se retrouve à nouveau avec de l'hydrogène ionisé (protons et électrons séparés). Et on comprend mal la cause de cette ré ionisation, sachant qu'il faut au minimum de l'UV pour ça.

 

Merci Eric. Explications claires et ... à ma portée . Ton blog semble absolument passionnant, il va me falloir quelques heures pour le parcourir !

[Newbie Mais]

Le billet sur le site NASA/JPL

http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2012-294&cid=release_2012-294

 

Abonnez-vous aux newsletters de la NASA/JPL, tous les jours vous recevrez des infos très très intéressantes.

 

Pierre

[magellan_]

En fait ce que je ne saisis pas c est "comment donner un age à un objet aussi lointain?".

c est peut etre completement à cote de la plaque ce que je vais dire mais, si j ai bien saisis encore une fois, la lentille gravitationnel courbe l espace temps et donc modifie le temps qu aurait du mettre la lumiere a nous parvenir.

 

comment calculer le " temps perdu" et comment etre sur que la lumiere n a pas deja traversé plusieurs lentilles gravitationnelles avant de nous parvenir?

 

Si ca se trouve l objet est bien plus pres de nous et donc plus vieux ( si j ai toujours bien compris !! ) la lumiere mettant plus de temps en decrivant des courbes qu en lignes droites...

 

c est LA que je comprends pas vraiment

[Newbie Mais]

La lentille gravitationnelle ''amplifie'' le signal mais n'en déforme pas les fréquences.

Les décalages vers le rouge ne sont pas modifiés

 

Pierre

[magellan_]

ok je comprends un peu mieux mais faudra vraiment que je me renseigne il y a pas mal de zones

d ombre

[Newbie Mais]

Allez, pour schématiser un peu:

La forme de l'objet peut être modifiée (le meilleur exemple sont les arcs gravitationnels) mais pas la forme du signal électromagnétique.

Un exemple? Avec une loupe "normale" quelle qu'elle soit, tu grossis et/ou déformes l'objet mais tu n'en changes pas la couleur.

 

Pierre

[magellan_]

ah ba la je comprends bien mieux !! merci

[Dr Eric Simon]

Ce qui est surtout fascinant dans cette découverte c'est de voir que l'on parvient à voir maintenant pratiquement la naissance des galaxies... Il y a moins de 100 ans, on ne connaissait pas l'existence même des galaxies...

[magellan_]

justement j ai une ptite question concernant la rotation des galaxies.

Sur Terre, lorsque l on vide ou baignoire par exemple, dans l hemisphere nord un tourbillon se forme toujours dans le meme sens, et dans le sens contraire au Sud.

 

Comment ca marche dans l univers ?

[Dr Eric Simon]

justement j ai une ptite question concernant la rotation des galaxies.

Sur Terre, lorsque l on vide ou baignoire par exemple, dans l hemisphere nord un tourbillon se forme toujours dans le meme sens, et dans le sens contraire au Sud.

 

Comment ca marche dans l univers ?

 

Je vais te décevoir, mais le sens du tourbillon d'une baignoire qui change d'un hémisphère à l'autre, c'est une légende !

C'est l'effet Coriolis qui pourrait agir, celui que l'on voit bien pour le coup sur les grandes masses d'air, et qui fait tourner les anticyclones dans des sens différents.

Sauf qu'à l'échelle d'une baignoire, on ne voit rien, la force de Coriolis est extrêmement faible, et le sens du tourbillon est aléatoire (tu peux en faire l'expérience, pour ma part je l'ai vérifié en Nouvelle-Zélande).

Le liquide s'évacue par effet siphon, le sens de rotation est lié au mouvement pris au départ, qui est aléatoire...

Pour revenir aux galaxies, leur rotation est un peu comme l'effet siphon dont je parlais : totalement aléatoire, aucune direction n'est privilégiée. Elle doit seulement dépendre des conditions initiales de formation.

Il a même été montré qu'un trou noir pouvait tourner dans le sens contraire de son disque d'accrétion, et donc si on extrapole, il y aurait indépendance entre sens de rotation d'un trou noir central et sens de rotation galactique (bon, là je m'avance un peu, histoire de développer le débat )

[Nicolas.D]

Merci pour l'info

[Invité Julie Charland]

En janvier 2011 était publiée la découverte de la galaxie la plus lointaine (donc jeune) jamais observée, datant de l'époque où l'Univers n'avait que 500 millions d'années.

 

Bonjour Éric

 

Je n'ai pas tout lu et je suis bloquée là En plus, je pense qu'on me l'a déjà expliqué mais je ne me souviens plus où

 

La galaxie la plus lointaine, c'est la plus vieille, logiquement,. Pas la plus jeune.

 

Une erreur de ta part ou c'est encore moi qui comprends tout de travers

 

Promis, je vais poursuivre ma lecture dès que j'aurai compris cela

[magellan_]

je me tente a l explication et on verra si c est moi qui n est rien compris......

 

admettons que tu te trouves a 5 milliards d annees lumieres de chez nous et que tu observes le soleil dans ton telescope, le soleil t apparaitra tres jeune.....

 

je suppose que dans ce cas c est la meme chose, en realite la galaxie et deja bien vieille mais son signal est si vieux et lointain que nous on la " voit " encore jeune...

 

on remonte le passe

[magellan_]

j ai une autre question,

 

que se passerait il si un jour les physiciens decouvraient une galaxie de 16 milliards d annees, sachant que je sais que l univers visible fait 13,2 milliards d annees, est ce que cela prouverait qu il existe d autre univers et que le notre n est pas un cas isole.

 

il y aurait eu plusieurs big bang en fait.

 

je veux dire par la que si cela se trouve il y a un univers voisin du notre se trouvant a 14 milliards d annees lumieres de la terre, ce qui sous entend que le signal des galaxies de notre voisin nous parviendrait sous peu!!! comment etre sur que ce n est pas deja le cas?

 

comment savoir que cette galaxie si lointaine est bien de notre univers?

 

je sais je suis chiant mais ca me travail

[Newbie Mais]

Tout à fait.

Nous ne connaissons pas son âge actuel (elle n existe peut être plus) mais nous voyons sa lumière émise il y a presque 14 milliards d années, donc quand elle était toute jeune.

 

Pierre

[magellan_]

ouf je suis rassure mes competences sont correctes.....

et pour mon autre question??

[Kelthuzad]

Si par "notre univers" tu entends l'univers visible, si on la voit par définition c'est qu'elle est dedans. Toute lumière nous parvenant aura mis entre 0 et 13,7 Gyr, une lumière qui a besoin de 16 milliards d'années aura fini son trajet vers la Terre au mieux quand l'âge de l'univers sera 16 Gyr, dans ce cas ça serait des photons émis juste au big bang (un peu après mais l'idée est là)

 

Je faisais une erreur sur un autre topic en imaginant un photon gravitant autour d'un trou noir puis quitter l'orbite pour nous parvenir, même si c'était théoriquement possible je me disais qu'un objet (le trou noir) à quelques al pouvait nous renseigner sur une époque beaucoup plus vieille par rapport à sa distance, jusque là ça reste pas si bête bien que faux, par contre je pensais bêtement aussi qu'il était ainsi possible de voir des objets qui ne sont pas aujourd'hui dans l'univers visible et là c'est parfaitement absurde car qu'elle gravite ou pas pour nous renseigner sur un objet au-delà de l'univers visible, il faut qu'elle se balade un temps plus grand que l'âge de l'univers, le problème reste le même.

 

Voila j'aime bien raconter ma vie, j'espère que ça t'a éclairé.

Modifié 23 septembre 2012 par Kelthuzad

[magellan_]

Bonjour,

je comprends ton point de vue mais la ca ne reponds pas vraiment a ma question qui reste la meme, mon probleme etant de savoir comment distinguer une galaxie nee a partir de notre big bang et non d un autre...ou l inverse.

 

par exemple imagine un signal envoye par une galaxie, hors de notre univers (lié a notre big bang ) , il y a maintenant 28 Milliards d annee lumiere et que cette meme objet soit exactement a 28 MaL de nous, son signal nous parviendrait juste maintenant comme une galaxie jeune.... comment faire dans ce cas? comment etre sur?

[Kelthuzad]

il y a maintenant 28 Milliards d annee lumiere

 

On est d'accord qu'une année-lumière est une notion de distance et pas de temps ?

 

et que cette meme objet soit exactement a 28 MaL de nous, son signal nous parviendrait juste maintenant comme une galaxie jeune

 

Si l'objet en question se trouve à 28 Gal (distance) aujourd'hui, la lumière n'a pas mis 28 Gyr (temps) pour nous parvenir, à l'époque l'univers était plus petit et donc les photons n'ont (ne vont ?) pas parcouru 28 Gal mais un peu moins.

 

Pour ta question principale, je ne connais pas la technique, il me semble que c'est en déduisant l'âge d'un objet lointain qu'on peut déduire sa distance, en tout cas il est sûr qu'on ne pas confondre un objet proche d'un objet loin, dû à l'expansion il y a le fameux redshift et l'éloignement, on observe une galaxie qui s'éloigne à x km/s de nous alors on sait qu'elle est à telle distance. Plus un objet est loin, plus l'objet s'éloigne vite.

Sur une galaxie proche, l'effet d'expansion est négligeable.

 

Edit :

En lisant tes posts précédents, je comprends maintenant pourquoi je trouvais aberrant ton dernier post (Seulement parce que je n'avais pas compris hein ) Donc ta question c'est comment savoir si une galaxie proche est née entre 0 et 13,7 Gyr ou entre 13,7 Gyr et plus ? En admettant la théorie des plusieurs big bang, comment une galaxie pourrait survivre avant le moment de la singularité où toute matière et énergie se trouvant en un point ? On admet que le photon le plus vieux pouvant être perçu date du fond diffus cosmologique.

Modifié 23 septembre 2012 par Kelthuzad

[Osmorhum']

Si on pouvait capter la lumière venant d'une galaxie extérieure à notre univers (dont la lumière aurait mis, comme tu le dis, 28 milliards d'années à nous parvenir (mais donc sa naissance daterait d'environ -15 milliards d'années avant notre big-bang) ... Je pense que cela apporterait de solides preuves aux théories du multivers...

 

Après je suis pas sûr que la lumière aurait pu traverser tout le "chaos" engendré par le Big Bang (en admettant déjà qu'elle ait pu sortir de son univers pour venir se balader dans le notre).

Pour ce qui est de découvrir qu'elle ne fait pas partie de notre univers, on s'en apercevrait rapidement j'imagine, puisqu'elle ne se déplacerait pas "avec" le reste des objets de notre univers... Sans compter qu'on aurait une image d'une galaxie "en chair et en os" à un moment de l'Univers qui n'en contient pas...

 

J'espère ne pas faire fausse route...

[jackbauer]

Un article (très bon) de Serge Brunier sur la découverte :

http://ciel.science-et-vie.com/2012/09/23/galaxie-la-plus-lointaine-nouveau-record/

[magellan_]

Si on pouvait capter la lumière venant d'une galaxie extérieure à notre univers (dont la lumière aurait mis' date=' comme tu le dis, 28 milliards d'années à nous parvenir (mais donc sa naissance daterait d'environ -15 milliards d'années avant notre big-bang) ... Je pense que cela apporterait de solides preuves aux théories du multivers...

 

Après je suis pas sûr que la lumière aurait pu traverser tout le "chaos" engendré par le Big Bang (en admettant déjà qu'elle ait pu sortir de son univers pour venir se balader dans le notre).

Pour ce qui est de découvrir qu'elle ne fait pas partie de notre univers, on s'en apercevrait rapidement j'imagine, puisqu'elle ne se déplacerait pas "avec" le reste des objets de notre univers... Sans compter qu'on aurait une image d'une galaxie "en chair et en os" à un moment de l'Univers qui n'en contient pas...

 

J'espère ne pas faire fausse route...[/quote']

 

J ai parfaitement compris....

 

Si une galaxie s eloigne du big bang cela signifie ( en gros ) qu elle est bien de chez nous et a contrario si elle se rapproche c'est qu elle vient POTENTIELLEMENT d un autre univers

( desole si mes connaissance sont limitées mais je me lance à peine dans la comprehension et l'etude de l'univers )

 

Bon ca reste un point de vue tres perso mais pour moi Notre univers issue de notre big bang n'est pas un cas isolé.

 

Le multivers est pour le moment une hypothese mais je pense que l on ne va pas tarder à le decouvrir

['Bruno]

on s'en apercevrait rapidement j'imagine' date=' puisqu'elle ne se déplacerait pas "avec" le reste des objets de notre univers...[/quote']

Cette phrase suggère l'image d'une expansion où les galaxies s'éloignent toutes du lieu de l'explosion. Effectivement, dans ce cas l'ensemble des objets de notre univers aurait un déplacement précis et on pourrait détecter une galaxie qui évoluerait à contre-sens.

 

Mais l'image de départ est fausse. J'avais rédigé ce texte pour essayer de clarifier ça : http://www.webastro.net/forum/showthread.php?t=20089 .

 

Si on observe une galaxie, elle est forcément dans notre univers - elle est même dans notre univers observable, donc dans une toute petite partie de notre univers.

 

------------

Magellan : à la lecture de tes derniers messages, je pense que toi aussi tu as une fausse image de ce que la théorie décrit, et je te suggère de lire mon petit texte. (Tu verras que, par exemple, s'éloigner ou s'approcher du big bang n'a pas de sens puisque le big bang n'est ni un lieu ni un événement.)

Modifié 23 septembre 2012 par 'Bruno

[Osmorhum']

Si une galaxie s eloigne du big bang cela signifie ( en gros ) qu elle est bien de chez nous et a contrario si elle se rapproche c'est qu elle vient POTENTIELLEMENT d un autre univers

 

C'était pas exactement le sens de ma réflexion; ce que je voulais dire c'est que théoriquement, dans 2 milliards d'années, la lumière des premiers instants du Big Bang nous parviendra... Donc dans les 2 milliards d'années à venir, on pourrait observer cette galaxie à un moment où notre univers ne comporterait même pas un brin d'embryon de galaxie... Donc on se douterait certainement de sa nature étrangère.

 

Pour le mouvement, imagine que tu regarde l'intérieur d'un bassin rempli d'eau. Tu verrais les particules en suspension bouger dans l'eau, et sur la vitre qui te sépare de l'eau, une poussière, immobile; tout de suite, tu prendrais conscience que la poussière ne fait pas partie des particules flottant dans l'eau, non ? (bon ok l'analogie est loin d'être parfaite mais j'ai pas trouvé mieux pour exprimer mon idée)

 

La théorie du multivers est plutot répandue il me semble; mais je suis pas sûr que la lumière provenant d'un autre univers pourrait nous parvenir...

 

@'Bruno: faudra que je lise ton texte (ou exposé plutot ) , mais à cette heure c'est un peu rude

Modifié 24 septembre 2012 par Osmorhum'