La galaxie primordiale a l'oxygène le plus éloigné jamais détecté dans l'univers

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Le concept d'un artiste de l'ancienne galaxie SXDF-NB1006-2, qui se trouve à 13,1 milliards d'années-lumière de la Terre et qui s'est probablement formée juste après les 'âges sombres' de l'univers. L'univers a environ 13,8 milliards d'années. La couleur verte indique l'oxygène dans la galaxie vue par le radiotélescope ALMA, tandis que le violet indique l'hydrogène détecté par le télescope Subaru. (Crédit image : NAOJ)

Les astronomes ont découvert des signes d'oxygène dans l'une des premières galaxies de l'univers, qui est née peu de temps après les « âges sombres » cosmiques qui existaient avant que l'univers n'ait des étoiles, selon une nouvelle étude.



La découverte - qui se concentre sur la galaxie vraiment ancienne SXDF-NB1006-2 , située à environ 13,1 milliards d'années-lumière de la Terre - pourrait aider à résoudre le mystère de combien les premières étoiles ont aidé à dissiper le brouillard trouble qui remplissait autrefois l'univers, le les chercheurs ont dit.

Des recherches antérieures suggéraient qu'après la l'univers est né dans le Big Bang Il y a environ 13,8 milliards d'années, l'univers était si chaud que tous les atomes qui existaient étaient divisés en noyaux chargés positivement et en électrons chargés négativement. Cette soupe d'ions chargés électriquement diffuse la lumière, l'empêchant de se déplacer librement. [Diaporama : Du Big Bang à maintenant en 10 étapes faciles ]

« L'âge des ténèbres » de l'univers

Des travaux antérieurs suggéraient que, environ 380 000 ans après le Big Bang, l'univers s'était suffisamment refroidi pour que ces particules se recombinent en atomes, permettant enfin à la première lumière du cosmos – celle du Big Bang – de briller. Cependant, après cette ère de recombinaison est venu le « âge des ténèbres » cosmique ; à cette époque, il n'y avait pas d'autre lumière, car les étoiles ne s'étaient pas encore formées.

Des recherches antérieures ont également suggéré que, à partir d'environ 150 millions d'années après le Big Bang, l'univers a commencé à émerger de l'âge des ténèbres cosmique. pendant une période connue sous le nom de réionisation . Au cours de cette époque, qui a duré plus d'un demi-milliard d'années, des amas de gaz se sont suffisamment effondrés pour former les premières étoiles et galaxies, dont la lumière ultraviolette intense a ionisé et détruit la majeure partie de l'hydrogène de charge neutre, le divisant pour former des protons et des électrons.

Les détails sur l'époque de la réionisation sont extrêmement difficiles à glaner car ils se sont produits il y a si longtemps. Pour voir la lumière d'une époque aussi ancienne, les chercheurs recherchent des objets aussi éloignés que possible - plus ils sont éloignés, plus leur lumière met de temps pour arriver sur Terre. Ces objets distants ne sont visibles qu'avec les meilleurs télescopes disponibles aujourd'hui.

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L'ancienne galaxie SXDF-NB1006-2 (au centre de l'image de droite et dans les encarts à gauche) est vue sur cette image composite couleur du Subaru XMM-Newton Deep Survey Field. La galaxie apparaît en rouge et se trouve à 13,1 milliards d'années-lumière de la Terre.(Crédit image : NAOJ)

Beaucoup de choses restent inconnues sur l'époque de la réionisation, comme à quoi ressemblaient les premières étoiles, comment les premières galaxies se sont formées et quelles sources de lumière ont causé la réionisation. Certains travaux antérieurs ont suggéré que les étoiles massives étaient principalement responsables de la réionisation, mais d'autres recherches ont laissé entendre que les trous noirs étaient un coupable important et potentiellement dominant derrière cet événement.

Maintenant, en regardant une ancienne galaxie, les chercheurs ont peut-être découvert des indices sur la cause de la réionisation.

'La galaxie que nous avons observée peut être une source de lumière puissante pour la réionisation', a déclaré à demokratija.eu l'auteur principal de l'étude, Akio Inoue, astronome à l'Université d'Osaka Sangyo au Japon.

Chasse aux galaxies anciennes avec de l'oxygène

Les scientifiques ont analysé une galaxie appelée SXDF-NB1006-2, située à environ 13,1 milliards d'années-lumière de la Terre. Lorsque cette galaxie a été découverte en 2012, c'était la galaxie la plus lointaine connue à cette époque.

En utilisant les données du Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) dans le désert d'Atacama au Chili, les chercheurs ont vu à quoi ressemblait SXDF-NB1006-2 700 millions d'années après le Big Bang. Ils se sont concentrés sur la lumière de l'oxygène et des particules de poussière.

'La recherche d'éléments lourds dans l'univers primitif est une approche essentielle pour explorer l'activité de formation d'étoiles au cours de cette période', a déclaré Inoue dans un communiqué.

Une vue rapprochée de l

Une vue rapprochée de l'ancienne galaxie SXDF-NB1006-2, montrant l'oxygène ionisé (en vert) vu par le radiotélescope ALMA, et l'hydrogène ionisé (en bleu) vu par le télescope Subaru. La lumière ultraviolette détectée par le télescope infrarouge britannique est indiquée en rouge.(Crédit image : ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), NAOJ)

Les scientifiques ont repéré des signes clairs d'oxygène à partir de SXDF-NB1006-2, l'oxygène le plus éloigné détecté à ce jour. Cet oxygène était ionisé, suggérant que cette galaxie possédait un certain nombre de jeunes étoiles géantes plusieurs dizaines de fois plus lourdes que le soleil. Ces jeunes étoiles auraient également émis une lumière ultraviolette intense, ont suggéré les chercheurs.

Les scientifiques ont estimé que l'oxygène était 10 fois moins abondant dans SXDF-NB1006-2 que dans le soleil. Cette estimation correspondait aux simulations de l'équipe de recherche - seuls des éléments légers tels que l'hydrogène, l'hélium et le lithium existaient lorsque l'univers est né, tandis que des éléments plus lourds, tels que l'oxygène, ont ensuite été forgés dans le cœur des étoiles.

Cependant, de manière inattendue, les chercheurs ont découvert que le SXDF-NB1006-2 contenait deux à trois fois moins de poussière que les simulations ne l'avaient prédit. Cette pénurie de poussière a peut-être facilité la réionisation en permettant à la lumière de cette galaxie d'ioniser la grande quantité de gaz à l'extérieur de cette galaxie, ont déclaré les chercheurs.

'SXDF-NB1006-2 serait un prototype des sources lumineuses responsables de la réionisation cosmique', a déclaré Inoue dans un communiqué.

Une explication possible de la plus petite quantité de poussière est que les ondes de choc des explosions de supernova l'ont peut-être détruite, ont déclaré les chercheurs. Une autre possibilité est qu'il n'y ait peut-être pas eu beaucoup de nuages ​​froids et denses dans l'espace entre les étoiles de SXDF-NB1006-2, qui se développent dans ces nuages ​​un peu comme le font les flocons de neige dans les nuages ​​froids sur Terre.

Cette recherche peut aider à répondre à ce qui a causé la réionisation. « La source de la réionisation est une question de longue date : des étoiles massives ou des trous noirs supermassifs ? » dit Inoue. «Cette galaxie ne semble pas avoir de trou noir supermassif, mais un certain nombre d'étoiles massives. Ainsi, les étoiles massives ont peut-être réionisé l'univers.

Les chercheurs continuent d'analyser SXDF-NB1006-2 avec ALMA.

'Des observations à plus haute résolution nous permettront de voir la distribution et le mouvement de l'oxygène ionisé dans la galaxie et fourniront des informations précieuses pour comprendre les propriétés de la galaxie', a déclaré le co-auteur de l'étude Yoichi Tamura, de l'Université de Tokyo, dans un communiqué. .

Les scientifiques détaillé leurs conclusions en ligne 16 juin dans la revue Science.

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