Crédit d'image: Télescope Subaru
Le télescope Subaru, basé au Japon, a détecté la galaxie la plus éloignée jamais enregistrée à 12,8 milliards d'années-lumière. L'équipe du projet Subaru Deep Field a découvert 70 objets éloignés candidats, en utilisant un filtre spécial qui ne laisse passer que la lumière d'une longueur d'onde très spécifique - celle qui correspond à des objets situés à environ 13 milliards d'années-lumière.
Le télescope Subaru a trouvé une galaxie à 12,8 milliards d'années-lumière (un décalage vers le rouge de 6,58; voir note 1), la galaxie la plus éloignée jamais observée. Cette découverte est le premier résultat du projet Subaru Deep Field, un projet de recherche du télescope Subaru de l'Observatoire astronomique national du Japon qui exploite le télescope Subaru. L'équipe du projet Subaru Deep Field (SDF) a trouvé environ 70 candidats galactiques éloignés en fixant un filtre spécial conçu pour détecter les galaxies à environ 13 milliards d'années-lumière sur une caméra avec un large champ de vision. Des observations de suivi avec un spectrographe ont confirmé que deux des neuf candidats sont en fait des galaxies éloignées. L'une d'entre elles est la galaxie la plus éloignée jamais observée. Cette découverte soulève l'espoir que le projet sera en mesure de trouver un grand nombre de galaxies éloignées qui aideront à percer l'histoire des débuts de l'univers d'une manière statistiquement significative.
Le projet SDF est un projet d’observatoire de l’Observatoire national d’astronomie du Japon conçu pour mettre en valeur les capacités du télescope Subaru et pour résoudre des questions astronomiques fondamentales difficiles à résoudre par le biais du système régulier d’attribution de temps de Subaru. La plupart des programmes de recherche sur le télescope Subaru sont sélectionnés par le biais d'un processus d'attribution de temps compétitif appelé Open Use, qui est ouvert à tous les astronomes mais permet un maximum de seulement trois nuits d'observation tous les six mois. En regroupant les nuits d'observation réservées à l'observatoire et aux astronomes qui ont contribué à la mise en place du télescope Subaru, un projet d'observatoire peut répondre à des questions qui nécessitent des ressources de télescope plus importantes que la proposition de recherche typique. L'objectif principal du projet SDF est de détecter un grand nombre des galaxies les plus éloignées détectables et de comprendre leurs propriétés et leur impact sur l'évolution de l'univers. La vitesse de la lumière est la limite fondamentale de la vitesse à laquelle les informations peuvent circuler (voir note 2). Lorsque nous détectons la lumière d'une galaxie à 13 milliards d'années-lumière, cela signifie que nous voyons la galaxie telle qu'elle était il y a 13 milliards d'années. Rechercher des galaxies de plus en plus éloignées signifie regarder des galaxies de plus en plus tôt dans l'univers.
Les observations du SDF ont profité du fait que la lumière des galaxies éloignées a une longueur d'onde et une forme caractéristiques. Les astronomes pensent que les premières galaxies ont rapidement formé des étoiles à partir de l'hydrogène, la forme dominante de matière dans l'univers. La lumière de ces étoiles aurait excité l'hydrogène restant autour d'elles à des états d'énergie supérieure et l'ioniserait même. Lorsque l'hydrogène excité revient à des états d'énergie inférieurs, il émet de la lumière à plusieurs longueurs d'onde distinctes. Cependant, la majeure partie de cette lumière s'échapperait de la jeune galaxie sous forme de ligne d'émission à 122 nanomètres car une lumière «plus bleue» avec des longueurs d'onde plus courtes et une énergie plus élevée peut ré-exciter d'autres atomes d'hydrogène. Puisque l'univers est en expansion, plus une galaxie est éloignée de nous, plus elle s'éloigne rapidement de nous. En raison de ce mouvement, la lumière des galaxies éloignées est déplacée par doppler vers des longueurs d'onde plus longues ou plus rouges, et cette ligne d'émission est "décalée vers le rouge" vers une longueur d'onde plus longue qui est caractéristique de la distance de la galaxie et la galaxie elle-même apparaît plus rouge. À mesure que la lumière parcourt la longue distance de son origine à la Terre, la lumière du côté de l'énergie supérieure ou du côté bleu de la ligne d'émission peut être absorbée par l'hydrogène neutre dans l'espace intergalactique. Cette absorption confère à la ligne d'émission un aspect asymétrique distinctif. Un aspect global rouge et une forte ligne d'émission à une longueur d'onde particulière avec une forme asymétrique particulière est la signature d'une galaxie nouvelle-née lointaine.
Pour détecter les galaxies les plus éloignées jamais observées, l'équipe SDF a développé un filtre spécial qui ne laisse passer que la lumière avec une plage de longueur d'onde étroite de 908 à 938 nanomètres. Ces longueurs d'onde correspondent à la raie d'émission de 122 nanomètres après avoir parcouru une distance de 13 milliards d'années-lumière. L'équipe a installé le filtre spécial, et deux autres filtres à des longueurs d'onde plus courtes et plus longues encadrant le filtre spécial, sur la Suprime-Cam du télescope Subaru, la caméra Subaru Prime Focus, et a mené un vaste programme d'observation d'avril à mai 2002. Suprime-Cam a la capacité d'imagerie d'une zone du ciel aussi grande que la pleine lune en une seule exposition, une capacité unique parmi les instruments sur des télescopes de classe 8 m et plus grands, et est extrêmement bien adaptée pour les levés d'objets très faibles sur de grandes zones du ciel . En observant une zone du ciel de la taille de la lune jusqu'à 5,8 heures dans chaque filtre, l'équipe a pu détecter plus de 50 000 objets, dont de nombreuses galaxies extrêmement faibles. En sélectionnant des galaxies brillantes uniquement dans le filtre spécial et préférentiellement rouges, l'équipe a trouvé 70 candidats pour des galaxies avec un décalage vers le rouge de 6,6 (ou une distance de 13 milliards d'années-lumière; voir figure 1).
En juin 2002, l'équipe a utilisé FOCAS, la caméra pour objets faibles et le spectrographe sur le télescope Subaru, pour observer 9 des 70 candidats et a confirmé l'apparence généralement rouge et une ligne d'émission avec une asymétrie distincte dans 2 objets (voir figure 2), et déterminé que leurs décalages vers le rouge sont de 6,58 et 6,54. La lumière de ces galaxies a été émise il y a 12,8 milliards d'années alors que l'univers n'avait que 900 millions d'années. La galaxie la plus éloignée observée précédemment, avec un décalage vers le rouge de 6,56, a été découverte en regardant un grand amas de galaxies qui peuvent amplifier la lumière de galaxies plus éloignées avec un effet de lentille gravitationnelle. (Voir notre communiqué de presse de mai 2002, http://www.naoj.org/Latestnews/200205/UH/index.html.)Les observations SDF sont la première fois que plusieurs galaxies à une si grande distance ont été observées, et sans l'aide de lentilles gravitationnelles. La galaxie avec un décalage vers le rouge de 6,58 est la galaxie la plus éloignée jamais observée.
L'équipe SDF prévoit de trouver de nombreuses galaxies plus éloignées grâce à des observations continues. Avant la formation des premières étoiles et galaxies, l'univers était à un stade que les astronomes appellent «les âges sombres de l'univers». Déterminer quand les âges sombres se sont terminés est l'une des questions astronomiques les plus importantes de notre temps. Les principaux membres de l'équipe, Keiichi Kodaira de la Graduate University of Advanced Studies au Japon, Nobunari Kashikawa de l'Observatoire national d'astronomie du Japon et Yoshiaki Taniguchi de l'Université de Tohoku espèrent qu'en détectant un nombre statistiquement significatif de galaxies éloignées, ils pourront commencer à caractérisent les galaxies qui ont annoncé la fin des âges sombres de l'univers.
Source d'origine: communiqué de presse Subaru
