Les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer découvrent l’une des galaxies les plus jeunes dans l’Univers lointain

Une équipe internationale de chercheurs (1) parmi lesquels figurent Nicolas Laporte, ancien doctorant de l’IRAP, Roser Pello et Frédéric Boone, tous deux chercheurs à l’IRAP, vient de découvrir une galaxie candidate à redshift 8 derrière l’amas de galaxies A2744, dans le cadre du programme « Frontier Fields » (i.e. « champs frontières ») de Hubble (NASA/ESA). Cette découverte fera très prochainement l’objet d’une publication au sein de la revue Astronomy & Astrophysics.

Il y a trois semaines, à l’occasion des 223ème rencontres de l’union américaine d’astronomie à Washington (USA), l’institut du télescope spatial a présenté son projet phare pour les 3 prochaines années: les « Frontier Fields » Hubble. Deux des télescopes spatiaux les plus puissants en activité, Hubble et Spitzer, vont investir une grande fraction de leur temps d’observation pour étudier 6 amas de galaxies, qui agissent comme des lentilles supplémentaires en amplifiant la lumière des galaxies en arrière-plan, y compris les galaxies extrêmement faibles situées aux confins de l’Univers observable. Ce projet nous permettra d’étudier pour la première fois des galaxies jeunes et faibles au cours du premier milliard d’années d’histoire de l’Univers.

La première image obtenue ces derniers mois sur l’amas Abell 2744 est la plus profonde jamais réalisée sur un amas de galaxies, à un niveau comparable au champ ultra profond de Hubble, qui lui a observé une région du ciel pauvre en galaxies. L’ensemble des amas « Frontier Fields » ont été soigneusement sélectionnés et sont les mieux adaptés pour ce type d’étude. Plusieurs groupes ont déjà fourni des cartes montrant le niveau d’amplification attendu en fonction de la position observée autour de ces amas.

Grâce à l’effet de lentille gravitationnelle fourni par l’amas, la lumière des galaxies d’arrière-plan peut être amplifiée d’un facteur allant jusqu’à 20 fois, ou même davantage. Cet effet transforme en pratique le télescope spatial Hubble en un télescope dont le diamètre serait plus de 20 fois supérieur.

En coordination complète avec les observations faites par Hubble, le télescope spatial Spitzer prend également des poses extrêmement profondes des Frontier Fields. Les données obtenues sont mises à disposition de la communauté scientifique depuis la fin de 2013, pour effectuer l’analyse scientifique.

Une équipe internationale, dirigée par des astronomes de l’Institut d’Astrophysique des Canaries (IAC) et de l’Université de La Laguna (Espagne) vient tout juste de terminer la première analyse des observations de l’amas Abell 2744, et a mis en évidence une des galaxies les plus distantes connues à ce jour et qui montre déjà tout le potentiel des HST Frontier Fields. Leurs résultats sont acceptés pour publication dans la revue Astronomy and Astrophysics, et sera l’une des premières publications obtenues sur les données des Frontier Fields.

Découverte d’une galaxie à resdshift 8 dans le cadre du programme « Champs Frontières » de Hubble.

Grâce à la qualité d’image exceptionnelle des images Hubble et Spitzer, l’équipe a déterminé les propriétés de cette galaxie jeune avec une précision supérieure à celles obtenues sur d’autres échantillons de galaxies datant de la même époque d’histoire de l’Univers. Cette galaxie, appelée Abell 2744 Y1, est environ 30 fois plus petite que notre galaxie, la Voie Lactée, mais produit des étoiles à une cadence au moins 10 fois supérieure. Depuis la Terre, cette galaxie est vue comme elle était 650 millions d’années  après le Big Bang, et nous apporte des informations nouvelles sur le nombre de galaxies au début de l’histoire de l’Univers ainsi que leurs propriétés. Par ailleurs, c’est l’une des galaxies les plus brillantes jamais découvertes à une époque si jeune de l’Univers.

Nicolas Laporte, chercheur post-doctorant à l’IAC, issu de l’IRAP, et expert dans la recherche de ces galaxies très distantes, est ravi de la qualité des images Hubble: “Nous nous attendions à trouver des galaxies très distantes près du coeur de l’amas, là où  l’amplification gravitationnelle est maximale. Cependant, cette galaxie est plus proche du bord de l’image, là où la lumière n’est pas autant amplifiée. Nous avons eu de la chance de la trouver dans le petit champ de vue du HST.” Dans une étude réalisée en  parallèle et dirigée par Hakim Atek de l’EPFL à Lausanne, d’avantage de galaxies sont étudiées, mais aucune à une distance aussi élevée que A2744_Y1.

Les observations des Frontier Fields par les télescopes Hubble et Spitzer en sont à leurs prémices, mais elles ont montré, dès à présent, l’énorme potentiel de découverte pour ce projet dédié à l’étude des toutes premières sources lumineuses. Comme pour les autres initiatives Hubble dans des champs profonds, un grand nombre d’observatoire dans le monde entier et dans l’espace vont contribuer à l’effort général avec d’autres observations des Frontier Fields, ce qui apporte un héritage scientifique inestimable pour les études futures avec les télescopes extrêmement larges, ainsi que le télescope spatial James Webb.

(1) L’équipe est constituée de chercheurs de l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), de l’Université de Genève, de l’Observatoire de Lyon, et de l’IRAP/OMP.

• Vidéo constituée par l’IAC : http://www.iac.es/adjuntos/videos/abell2744_y1_1024x576_h264_100.mov
• Site Web dédié aux Frontier Fields : http://www.stsci.edu/hst/campaigns/frontier-fields/
• Site Web de l’IAC : http://www.iac.es/divulgacion.php?op1=16&id=836&lang=en

• « The first Frontier Fields cluster: 4.5 micron excess in a z ~ 8 galaxy candidate in Abell 2744 » par N. Laporte et al., A&A Letters, in press, arXiv1401.8263
• Atek et al., arXiv1311.7670A