« Utilisant le Very Large Telescope de l’ESO, nous avons confirmé qu’une galaxie repérée plus tôt avec le télescope spatial Hubble (NASA-ESA) était l’objet le plus lointain dans l’Univers, jamais observé jusqu’à présent », déclare Matt Lehnert, chercheur au Laboratoire «  Galaxies, étoiles, physique, instrumentation » (Observatoire de Paris/CNRS/Université Paris Diderot) et premier auteur de l’article. « La puissance du VLT et du spectro-imageur SINFONI dont il est pourvu, nous a permis de mesurer avec exactitude la distance jusqu’à cette galaxie très peu lumineuse. Nous constatons que nous la voyons lorsque l’Univers avait moins de 600 millions d’années. »

La galaxie UDFy-38135539 dont le décalage vers le rouge vient d’être mesuré par l’équipe de Matt Lehnert apparaît sur cette image infrarouge prise avec le télescope Hubble NASA-ESA. Elle est entourée d’un cercle rouge dans le médaillon zoom.

(nasaimages.org)

L’étude de ces premières galaxies est extrêmement difficile : elles sont très faibles et très petites et, avant que leur lumière parvienne jusqu’à la Terre, l’expansion de l’Univers provoque un décalage vers la partie infrarouge du spectre. Pour accentuer la difficulté, moins d’un milliard d’années après le Big Bang, l’Univers n’était pas entièrement transparent : il était alors rempli d’un brouillard d’hydrogène qui avait pour particularité d’absorber le rayonnement ultraviolet émis justement par les galaxies jeunes . En dépit de ces difficultés, la nouvelle caméra à grand champ installé au foyer du télescope spatial Hubble (HST) de la NASA/ESA a découvert l’année dernière plusieurs objets constituant de sérieux candidats pour être des galaxies rayonnant aux premières époques de l’Univers avec des décalages vers le rouge supérieurs à 8. La confirmation des distances pour des objets si faibles et si éloignés constitue un énorme défi. Celui-ci ne peut être relevé aujourd’hui qu’avec les spectrographes équipant les très grands télescopes au sol . Matt Lehnert explique : « Après l’annonce des candidats galaxies détecté par le HST, nous avons fait un rapide calcul et nous avons constaté que la puissance du VLT , alliée à une durée d’observation très longue devaient nous permettre de détecter la lueur extrêmement faible d’une de ces galaxies très éloignée et de mesurer sa distance. »

Après avoir observé cette galaxie pendant 16 heures et analysé les données pendant 2 mois en utilisant des logiciels d’analyse qu’ils avaient développés, les chercheurs ont constaté qu’ils avaient clairement détecté la lueur très faible de l’hydrogène avec un décalage vers le rouge de 8,6. Cette distance fait de cette galaxie l’objet le plus éloigné jamais détecté par la spectroscopie. Nicole Nesvadba qui travaille à l’Institut d’astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris-Sud 11) résume ce travail, le « traitement des données était une tâche colossale, nous avons effectué beaucoup d’essais pour éliminer tout doute et être certain de l’exactitude de notre détection. C’est la première fois que nous savons à coup sûr que nous observons une des galaxies ayant percé le brouillard qui remplissait l’Univers depuis le Big Bang  ».

Signal de la raie d’hydrogène ionisé Lyman-alpha détecté grâce au VLT après 16 heures de pose. Cette raie a été émise dans l’ultraviolet. Son décalage dans l’infrarouge proche est dû à l’éloignement de la galaxie.

(ESO. / N.P.H. Nesvadba, Université Paris-Sud 11 / CNRS)

Les scientifiques ont été étonnés par le fait que la lueur de cette galaxie baptisée UDFy-38135539 ne semble pas être assez forte pour dissiper toute seule le brouillard d’hydrogène l’entourant. « Il doit y avoir d’autres galaxies, probablement plus faibles, moins massives et proches d’UDFy-38135539, qui ont également aidé à rendre l’espace transparent autour de cette galaxie. Sans cette aide additionnelle, la lumière de la galaxie aurait été absorbée dans le brouillard environnant d’hydrogène et nous n’aurions pas pu la détecter  », explique Mark Swinbank, chercheur à l’Université de Durham.

Jean-Gabriel Cuby du Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS/Université de Provence), précise que « l’étude de l’ère de la réionisation et de la formation des galaxies pousse au maximum de leurs possibilités les télescopes et les instruments existant, que ce soit au sol ou dans l’espace, mais c’est justement ce type de problématique scientifique qui pourra être pleinement abordé avec les très grands instruments de l’avenir, que ce soit l’European Extremely Large Telescope de l’ESO, le James Webb Space Telescope (JWST) de la NASA-ESA ou le grand interféromètre millimétrique et submillimétrique ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ».

Référence

Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z=8.6, M. D. Lehnert, N. P. H. Nesvadba, J.-G. Cuby, A. M. Swinbank, S. Morris, B. Clément, C. J. Evans, M. N. Bremer and S. Basa, Nature 21 octobre 2010.

Télécharger les images en HD
 La galaxie record UDFy-38135539 dans le Hubble Ultra Deep Field
(NASA, ESA, G. Illingworth (UCO/Lick Observatory and University of California, Santa Cruz) and the HUDF09 Team)
 Simulation de l’Univers primordial à l’époque de la réionisation
(M. Alvarez (www.cita.utoronto.ca/ malvarez), R. Kaehler, and T. Abel)

Podcast

Contacts

 Chercheurs
Matthew Lehnert (anglophone)
GEPI
Observatoire de Paris
01 45 07 76 11

Nicole Nesvadba
01 69 15 36 54

Jean-Gabriel Cuby
04 91 05 59 76

 Communication presse
Alexia Sagot
Observatoire de Paris
01 40 51 23 97

Priscilla Dacher
CNRS
01 44 96 46 06

Philippe Chauvin
INSU
01 44 96 43 36 - 06 33 50 18 97

Téléchargez le pdf
La galaxie la plus lointaine