Ils sont là-bas; de minuscules galaxies naines extrêmement faibles et incroyablement anciennes avec si peu d'étoiles que les scientifiques les appellent «galaxies fantômes». Le télescope spatial Hubble de la NASA a capturé des images de trois de ces galaxies à petits alevins dans l'espoir de percer un mystère de 13 milliards d'années.
Les astronomes pensent que ces minuscules galaxies fantomatiques, repérées aux côtés de la galaxie de la Voie lactée, sont parmi les galaxies les plus anciennes, les plus petites et les plus intactes de l'Univers. Les vues de Hubble révèlent que leurs stars partagent la même date de naissance. Les galaxies ont toutes commencé à former des étoiles il y a plus de 13 milliards d'années, mais se sont brusquement arrêtées dans un milliard d'années seulement après la naissance de l'Univers.
"Ces galaxies sont toutes anciennes et elles sont toutes du même âge, donc vous savez que quelque chose est tombé comme une guillotine et a désactivé la formation d'étoiles en même temps dans ces galaxies", a déclaré Tom Brown du Space Telescope Science Institute à Baltimore. , Md., Chef de l'étude. "L'explication la plus probable est la réionisation."
La réionisation de l'Univers a commencé dans le premier milliard d'années après le Big Bang. Pendant ce temps, le rayonnement des premières étoiles a fait tomber des électrons des atomes d'hydrogène, ionisant l'hydrogène gazeux. Ce processus a également permis à l'hydrogène gazeux de devenir transparent à la lumière ultraviolette. Ce même processus peut également avoir écrasé la formation d'étoiles dans les galaxies naines, comme celles de l'étude de Brown. Ces galaxies sont de minuscules cousines des galaxies naines étoilées près de la Voie lactée. Et en raison de leur petite taille, à seulement 2000 années-lumière de diamètre, ils n'étaient pas assez massifs pour se protéger de la lumière ultraviolette dure du premier univers qui a supprimé leur maigre approvisionnement en hydrogène, les laissant incapables de faire de nouvelles étoiles.
Les astronomes ont proposé de nombreuses raisons pour le manque d'étoiles dans ces galaxies en plus de la théorie de la réioniation. Certains scientifiques pensaient que des événements internes tels que les supernovae avaient emporté le gaz nécessaire pour créer de nouvelles étoiles. D'autres ont suggéré que les galaxies utilisaient simplement leur approvisionnement en hydrogène nécessaire à la fabrication d'étoiles.
Brown a mesuré l'âge des étoiles en regardant leur luminosité et leurs couleurs. Les populations stellaires dans ces galaxies fossiles varient de quelques centaines à quelques milliers d'étoiles; certaines ressemblant au soleil, certaines naines rouges et certaines étoiles rouges plus grandes que notre Soleil. Lorsque les preuves ont montré que les étoiles étaient en effet anciennes, Brown a fait appel à la caméra avancée de Hubble pour les sondages pour creuser profondément dans six galaxies afin de déterminer leur date de naissance. Jusqu'à présent, l'équipe a terminé l'analyse des données pour trois; Hercule, Léon IV et Ursa Major. Les galaxies se situent entre 330 000 années-lumière et 490 000 années-lumière. À titre de comparaison, Brown a comparé les étoiles des galaxies avec celles trouvées dans M92, un amas globulaire vieux de 13 milliards d'années situé à environ 26 000 années-lumière de la Terre. Il a constaté qu'ils étaient du même âge.
"Ce sont les fossiles des premières galaxies de l'univers", a déclaré Brown. "Ils n'ont pas changé depuis des milliards d'années. Ces galaxies sont différentes de la plupart des galaxies proches, qui ont une longue histoire de formation d'étoiles. »
La découverte de Brown pourrait aider à expliquer le soi-disant «problème de satellite manquant». Les astronomes n'ont observé que quelques dizaines de galaxies naines autour de la Voie lactée tandis que des simulations informatiques prédisent que des milliers devraient exister. Mais peut-être existent-ils. L’enquête Sloan a trouvé plus d’une douzaine de minuscules galaxies affamées d’étoiles dans le quartier de la Voie lactée, tout en balayant seulement une partie du ciel. Les astronomes pensent que des dizaines de galaxies ultra-faibles peuvent se cacher sans être détectées avec la possibilité de milliers de nains encore plus petits ne contenant pratiquement pas d'étoiles.
Les minuscules galaxies peuvent être privées d'étoiles, mais elles contiennent toujours une abondance de matière noire, le cadre sur lequel les galaxies sont construites. Les galaxies naines normales près de la galaxie de la Voie lactée contiennent dix fois plus de matière noire que la matière visible ordinaire. Brown explique que ces minuscules galaxies sont maintenant des îles de matière principalement sombre, invisibles pendant des milliards d'années jusqu'à ce que les astronomes commencent à les trouver dans le Sloan Survey.
Les résultats de Brown sont publiés dans le numéro du 1er juillet des Astrophysical Journal Letters.
Légende d'image 1: Ces images de Hubble montrent la galaxie naine sombre et affamée d'étoiles Leo IV. L'image de gauche montre une partie de la galaxie, délimitée par la boîte rectangulaire blanche. La boîte mesure 83 années-lumière de large par 163 années-lumière de long. Les quelques étoiles de Léon IV sont perdues au milieu des étoiles voisines et des galaxies lointaines. Une vue rapprochée des galaxies d'arrière-plan dans la boîte est montrée dans l'image du milieu. L'image de droite ne montre que les étoiles de Léon IV. La galaxie, qui contient plusieurs milliers d'étoiles, est composée d'étoiles semblables au soleil, d'étoiles naines plus pâles, et d'étoiles géantes rouges plus brillantes que le soleil. Crédit: NASA, ESA et T. Brown (STScI)
Légende d'image 2: Ces simulations informatiques montrent un essaim de masses de matière noire autour de notre galaxie de la Voie lactée. Certaines des concentrations de matière noire sont suffisamment massives pour déclencher la formation d'étoiles. Des milliers de touffes de matière noire coexistent avec notre galaxie de la Voie lactée, représentée au centre du panneau supérieur. Les taches vertes dans le panneau du milieu sont ces morceaux de matière noire suffisamment massifs pour obtenir du gaz du milieu intergalactique et déclencher la formation continue d'étoiles, créant éventuellement des galaxies naines. Dans le panneau inférieur, les taches rouges sont des galaxies naines ultra-faibles qui ont cessé de former des étoiles depuis longtemps. Brown et J. Tumlinson (STScI)
