Comment se forment les grandes structures dans l’Univers ?

Par Gaëlle Degrez / Publié le 31 mars 2015

Une équipe internationale, dirigée notamment par des astrophysiciens de l’Institut d’astrophysique spatiale (IAS- CNRS/Université Paris-Sud) pourrait avoir des éléments de réponse grâce à l'analyse des données des satellites Planck et Herschel.


Au milieu en bas : la totalité du ciel observé par Planck à 545 GHz, avec en points noirs les candidats observés par Herschel. Autour: quelques images de Herschel, avec les contours de densité de galaxies. © Dole, Guéry, Hurier, ESA, Planck Collab., HFI consortium, IAS, CNES, Univ. Paris-Sud, CNRS

Une équipe internationale, dirigée par des astrophysiciens de l’Institut d’astrophysique spatiale (IAS- CNRS/Université Paris-Sud) et de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP- CNRS/Université Paul Sabatier), vient de découvrir, grâce à l'analyse des données des satellites Planck et Herschel, de nouvelles et énigmatiques galaxies lointaines et regroupées qui forment d’impressionnantes quantités d’étoiles. 

De telles formations observées pour la première fois pourraient aider les scientifiques à répondre à une problématique centrale de la cosmologie concernant la manière dont se forment les grandes structures dans l’Univers.

L'étude des époques lointaines durant lesquelles la formation d'étoiles dans les galaxies était très intense est primordiale pour les astrophysiciens car elle devrait leur apporter une grande quantité de renseignements précieux concernant tout autant l'histoire des galaxies et leur dynamique que la nature de la matière de l'Univers composée des particules élémentaires (baptisée matière baryonique) voire encore le gaz inter-galactique.

Mais encore fallait-il pouvoir observer des galaxies lointaines ou des amas de galaxies. Or justement, il se trouve que le satellite Planck de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) est capable de découvrir ces objets rares sur l'ensemble du ciel, tandis que l’observatoire spatial Herschel de l'ESA arrive parfaitement à les examiner en détail. L'analyse combinée de leurs données a révélé des résultats surprenants.

Des galaxies mystérieuses à grand resdshift

« Nous avons immédiatement été surpris par le flux élevé de certaines galaxies ou par la forte concentration angulaire d’autres galaxies. La découverte de tant de galaxies à flambée (1) de formation stellaire si concentrées dans de petites régions du ciel était frappante. Nous pourrions être témoins d'un épisode mystérieux et manquant dans notre compréhension de la formation des grandes structures cosmologiques: la phase où des groupes de galaxies forment intensément des étoiles à grand redshift (2), peut-être des proto-amas, précurseurs des grands amas de galaxies d'aujourd'hui » nous a expliqué Hervé Dole, Professeur à l'Université Paris-Sud et directeur adjoint de l'IAS (CNRS/UPSud) qui dirige l'analyse effectuée dans le cadre de la collaboration Planck impliquant plusieurs laboratoires en France, en Europe et aux Etats-Unis.

« La résolution angulaire de Herschel et sa haute sensibilité nous ont permis de dévoiler la nature des candidats Planck à grand redshift» a ajouté David Guéry doctorant à l'IAS en charge de l'analyse des données Herschel; précisant : «nous sommes en mesure d'identifier dans les images de Herschel soit de simples galaxies très brillantes – une signature possible de galaxies gravitationnellement amplifiées –, soit des concentrations de galaxies rouges – une signature possible de surdensités de galaxies et amas de galaxies potentiels ». De son coté, Nicole Nesvadba, chercheuse à l'IAS nous a précisé que «certaines de nos galaxies sont tellement amplifiées gravitationnellement qu’elles sont parmi les plus brillantes jamais détectées sur le ciel, et leur analyse détaillée est en cours ».

D'autres percées scientifiques majeures

« Planck est une fantastique expérience optimisée pour l’étude du fond cosmologique, mais dans le même temps permet des percées majeures dans d'autres domaines scientifiques», nous a finalement expliqué Jean-Loup Puget, Directeur de recherche à l'IAS et responsable scientifique du projet Planck, « comme récemment sur les champs magnétiques galactiques et la lumière polarisée des poussières de notre Galaxie, ou ici sur la thématique de la formation des structures à grande échelle et des galaxies à grand redshift. ».

Et Hervé Dole de conclure : «ce nouveau programme, dont les données ont été prises il y a quelques années quand Planck et Herschel observaient, en est à son début. Après la découverte de ces candidats à grand redshift et intense formation d'étoiles, nous faisons désormais un suivi de nombreuses cibles intéressantes avec d'autres observatoires au sol et dans l’espace. En outre, cette synergie impressionnante entre deux grandes missions du programme spatial européen (Planck et Herschel) a été rendue possible grâce au travail dédié de nombreux collègues dans le monde entier, et aussi des équipes scientifiques de Planck et Herschel. C'est un bel effort de toute une équipe, et d'autres résultats impressionnants sont attendus dans les mois à venir, alors que nous préparons aussi l'avenir avec Euclid, la prochaine mission de l'ESA dédiée à la cosmologie. »

Cette importante découverte révèle donc de grandes structures dans leur phase de formation stellaire intense, correspondant probablement à leur phase de formation qui n'avaient jamais observées auparavant avec autant de détails et sur un si large échantillon. Et last but not least, quelques joyaux ont également été détectés dans le reste des données, des galaxies ultra brillantes à haut redshift, amplifiées par effet de lentille gravitationnelle, ce qui permet d'en faire une étude physique de leur composition en gaz et de leur dynamique aussi détaillée que dans les galaxies proches.

Ces résultats sont publiés ce 31 mars 2015 dans un article scientifique dans la revue Astronomy & Astrophysics signé par la collaboration Planck.

Notes
1 : Les galaxies appelées flambées sont le siège d'intenses et rapides formations d'étoiles (plus de 500 fois le taux de formation de notre galaxie)

2: le redshift (ou décalage vers le rouge cosmologique) est une mesure liée à la distance cosmologique de l’objet. Plus une source lumineuse est éloignée plus elle sera observée avec un décalage important vers le rouge. Les sources à grand redshift correspondent ainsi à des objets éloignés et anciens, et donc de l’Univers jeune.

Dernière modification le 31 mars 2015