Une équipe internationale d'astronomes, comprenant plusieurs chercheurs français, vient de mesurer l'éloignement exact de cinq galaxies très lointaines, grâce à l'observatoire spatial Herschel de l'ESA et à des observations au sol, impliquant notamment l'interféromètre de l'Institut de radioastronomie millimétrique (1).
Les chercheurs ont ainsi démontré que la lumière de ces galaxies avait dû voyager pendant environ dix milliards d'années avant de nous atteindre.
Pour parvenir à ces résultats, ils ont tout d'abord mis au point une nouvelle méthode qui utilise, pour la première fois dans le domaine submillimétrique (2), un phénomène appelé « lentille gravitationnelle », sorte de loupe cosmique que détecte Herschel.
Difficiles à observer jusqu'à aujourd'hui, ces galaxies lointaines en cours d'évolution rapide constituent l'une des clés pour mieux comprendre l'histoire des galaxies dans notre Univers.
Ces résultats sont publiés dans la revue Science du 5 novembre 2010.
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La collaboration internationale conduite par Mattia Negrello (The Open University, GB) et impliquant 89 autres astronomes, parmi lesquels 7 travaillant dans des laboratoires français (3) soutenus par le CNES, a utilisé les caméras panoramiques SPIRE et PACS qui équipent Herschel, dont l'instrumentation a été mise au point notamment dans les laboratoires du CEA et du CNRS.
Pour la première fois, les chercheurs ont pu observer de grandes surfaces du ciel dans le domaine des longueurs d'onde submillimétriques, ce qui a permis de détecter d'éventuelles lentilles gravitationnelles.
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Chacune des images du projet « Herschel-ATLAS » (4) contient des dizaines de milliers de galaxies.
La plupart sont si éloignées que leur lumière a mis des milliards d'années pour nous atteindre.
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La distance de chacune de ces galaxies a été mesurée grâce au décalage spectral vers le domaine millimétrique (5) d'une raie émise par la molécule de monoxyde de carbone, marqueur de ces galaxies.
« L'interféromètre de l'IRAM a joué un rôle important dans ces mesures, démontrant que la lumière de ces objets a dû voyager pendant environ dix milliards d'années avant de nous parvenir », souligne Pierre Cox, directeur de l'IRAM et co-auteur.
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« Quand les résultats de Herschel auront été complètement exploités grâce à ces loupes, les astronomes pourront étudier les galaxies de l'Univers jeune, avec le même luxe de détails qu'ils le font jusqu'ici pour les galaxies proches » prédit Alain Omont, co-auteur qui travaille à l'Institut d'astrophysique de Paris.
Ces lentilles de Herschel vont être des objets clés pour le très grand interféromètre millimétrique ALMA en construction au Chili.
L'étude des galaxies d'avant-plan, qui constituent les lentilles, est également très prometteuse, car ce sont leurs halos de matière noire qui dominent l'effet de lentille.
« La statistique des résultats accumulés sur des centaines de halos va apporter de nouvelles contraintes sur la nature encore mystérieuse de la matière noire » souligne Mattia Negrello.
(1) L'IRAM a été fondé par le CNRS en France et la Max-Planck-Gesellschaft en Allemagne, rejoints par l'Instituto Geográfico Nacional en Espagne.
Il est constitué d'un radiotélescope de 30 m de diamètre au Pico Veleta en Espagne et d'un interféromètre de 6 antennes de 15 m de diamètre sur le Plateau de Bure en France.
(2) de 60 à 500 microns de longueur d'onde.
(3) Institut d'astrophysique de Paris, (CNRS/UPMC) ; Institut d'astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris-Sud 11) ; Institut de radioastronomie millimétrique (CNRS/MPG/IGN) ; Laboratoire d'astrophysique de Marseille (CNRS/Université de Provence) ; Laboratoire « Astrophysique, instrumentation et modélisation » (CEA-Irfu/ CNRS/ Université Paris Diderot).
(4) Herschel ATLAS (Astrophysical Terahertz Large Area Survey) est le plus grand programme-clé sur le temps d'observation du satellite dit « Temps ouvert » .
Il lui a été attribué 600 heures de temps d'observation de Herschel pour observer 550 degrés carrés du ciel dans 5 bandes (110, 170, 250, 350, et 500 micromètres).
On attend la détection d'environ 250 000 galaxies, réparties à peu près également entre l'Univers assez proche et l'Univers jeune très lointain. Il est piloté par S. Eales (Cardiff University) et L. Dunne (Nottingham University).
(5) Ce phénomène est analogue au décalage vers le rouge ou redshift dans le visible.
Sam 6 Nov - 15:23