11 Mars 2011

L'amas de galaxies évolué le plus ancien

Des astronomes travaillant sur les données de plusieurs observatoires dont XMM-Newton ont découvert l'amas de galaxies évolué le plus ancien.
Amas de galaxie évolué le plus ancien
Reconstitution à partir des clichés réalisés avec le VLT de l'ESO et télescope Subaru du NAOJ. Les objets rouges à droite du centre constituent l'amas J1449 CL 0856. © ESO/NOAJ/Subaru/R. Gobat.

Une équipe internationale d'astronomes a utilisé un ensemble de télescopes au sol et dans l'espace afin d'analyser et de mesurer avec exactitude la distance de l'amas de galaxies évolué le plus éloigné jamais trouvé. Les télescopes utlisés sont :

  • le VLT de l'ESO,
  • les télescopes Keck et Subaru à Hawaii,
  • les satellites Spitzer et Chandra de la NASA
  • les télescopes spatiaux XMM-Newton de l'ESA et Hubble de la NASA-ESA.

Bien que cet amas soit observé lorsque l'Univers avait moins d'un quart de son âge actuel, il ressemble étonnamment aux amas de galaxies que l'on observe actuellement dans l'Univers local.

«Nous avons mesuré la distance à l'amas de galaxies évolué le plus éloigné jamais trouvé», dit Raphael Gobat du laboratoire Astrophysique, Instrumentation et Modélisation (CEA, CNRS, Université Paris Diderot), l'auteur principal de l'étude. «La chose surprenante est que, lorsqu'on le regarde attentivement, cet amas de galaxies ne semble pas jeune - de nombreuses galaxies se sont « assagies » et ne ressemblent pas aux galaxies à formation d'étoiles que l'on observe habituellement dans l'Univers primitif.»

Les amas de galaxies sont les plus grandes structures de l'Univers. Les astronomes s'attendent à ce que ces amas grandissent au fil du temps et donc que les amas massifs soient rares dans l'Univers primitif. Bien que des amas plus éloignés aient déjà été observés, ils sont toujours apparus comme de jeunes amas en plein processus de formation et non pas comme des systèmes assagis et évolués.

Ce groupement, nommé J1449 CL 0856, avait toutes les caractéristiques indiquant qu'il s'agissait d'un amas de galaxies très éloigné tel qu'il était lorsque l'Univers avait environ trois milliards d'années - moins d'un quart de son âge actuel.

Une fois mesurée la distance de cet objet très rare, les astronomes ont observé attentivement les galaxies qui le composent en utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA et de l'ESA, ainsi que des télescopes au sol, dont le VLT. Ils ont trouvé des preuves suggérant que la plupart des galaxies de l'amas ne formaient pas d'étoiles, mais étaient composées d'étoiles déjà âgées d'environ un milliard d'années. Cela fait de cet amas un objet évolué d'une masse proche de la masse de l'amas de la Vierge, amas riche en galaxies et le plus proche de la Voie lactée.

L'observation de l'émission de rayons X provenant de J1449 CL0856, réalisée avec XMM-Newton de l'ESA, constitue une autre preuve qu'il s'agit bien d'un amas évolué. L'amas présente une émission de rayons X qui doit venir d'un nuage très chaud de gaz ténu remplissant l'espace entre les galaxies et concentré vers le centre de l'amas. Ceci est un autre signe de maturité pour un amas dont les galaxies sont solidement maintenues ensemble par sa propre gravité, alors que des amas très jeunes n'auraient pas eu le temps de piéger du gaz chaud de cette manière.

Raphael Gobat conclut : «Ces nouveaux résultats renforcent l'idée que des amas évolués existaient quand l'Univers avait moins d'un quart de son âge actuel. De tels amas sont supposés être très rares selon la théorie actuelle et nous avons eu beaucoup de chance d'en repérer un. Mais si de nouvelles observations en trouvaient beaucoup plus, alors cela pourrait signifier que notre compréhension de l'Univers primitif devrait être revue.»

La mission XMM-Newton

XMM-Newton - crédit : ESA
XMM-Newton - crédit : ESA

L'observatoire XMM-Newton (XMM pour X-Rays multi Mirror Mission) est un télescope de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) lancé le 10 décembre 1999 par une fusée Ariane 5. Il est destiné à étudier le rayonnement X des objets célestes. Ces observations s'appliquent à des thèmes astrophysiques aussi variés que l'étude des étoiles jeunes au coeur des nuages denses, la physique des trous noirs et des étoiles à neutrons, la production et la circulation des éléments lourds dans l'Univers, la quantité et la distribution de matière noire dans l'Univers, la formation et l'évolution des grandes structures ou encore la nature du fond diffus X.

Les instruments d'XMM-Newton

  • European Photon Imaging Camera (EPIC) : trois télescopes sont équipés d'une caméra EPIC, réalisée par un consortium de 10 laboratoires européens (italiens, français, allemands et britanniques) avec une importante participation française (Service d'astrophysique au CEA/Saclay, l'Institut d'astrophysique spatiale d'Orsay et le Centre d'étude spatiale des rayonnements de Toulouse).
  • Reflection Grating Spectrometer (RGS) : deux télescopes sont équipés d'un spectromètre réalisé par un consortium néerlandais, anglais, américain et suisse. Cet instrument analyse le spectre X détecté par le télescope et d'identifie ainsi les éléments présents, ainsi que leur forme chimique.
  • Optical UV/Monitor (OM) : un moniteur optique est réalisé par un consortium anglais, belge et américain. L'OM est primordial pour l'étude des corrélations entre les propriétés X et optiques des sources détectées par EPIC, leur classification et leur identification. Il améliore également le suivi de la direction de pointage, très utile pour l'analyse des données X.

Références de l'article

A mature cluster with X-ray emission at z = 2.07, R. Gobat1, E. Daddi1, M. Onodera2, A. Finoguenov3, A. Renzini4, N. Arimoto5,6, R. Bouwens7, M. Brusa3, R.-R. Chary8, A. Cimatti9, M. Dickinson10, X. Kong11 and M. Mignoli12Astronomy & Astrophysics, 2011

1 Laboratoire AIM-Paris-Saclay, CEA/DSM-CNRS–Université Paris Diderot, Irfu/Service d'Astrophysique, CEA Saclay, Orme des Merisiers, 91191 Gif-sur-Yvette, France e-mail: raphael.gobat@cea.fr
2 Institute for Astronomy, ETH Zürich, Wolfgang-Pauli-strasse 27, 8093 Zürich, Switzerland
3 Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Giessenbachstrasse, 85748 Garching, Germany
4 INAF – Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo dell'Osservatorio 5, 35122 Padova, Italy
5 National Astronomical Observatory of Japan, Osawa 2-21-1, Mitaka, Tokyo, Japan
6 Graduate University for Advanced Studies, Osawa 2-21-1, Mitaka, Tokyo, Japan
7 UCO/Lick Observatory, University of California, Santa Cruz, CA 95064, USA
8 Division of Physics, Mathematics and Astronomy, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USA
9 Università di Bologna, Dipartimento di Astronomia, via Ranzani 1, 40127 Bologna, Italy
10 National Optical Astronomy Observatory, PO Box 26732, Tucson, AZ 85726, USA
11 Center for Astrophysics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, PR China
12 INAF – Osservatorio Astronomico di Bologna, via Ranzani 1, I 40127 Bologna, Italy

Contacts

Plus de détails

Publié dans : 
Pour les cibles :