Des galaxies qui n’existent presque plus

Dans une étude récente, nous avons exploré les galaxies les plus petites et les plus lumineuses parmi toutes les galaxies connues. Dans ces galaxies naines et à luminosité ultra faible, la formation de nouvelles étoiles a cessé il y a plusieurs millions d’années, de sorte que les étoiles qui s’y éteignent ne peuvent plus être remplacées. Pour cette raison et d’autres encore, ces galaxies précaires ne sont que de simples fantômes de ce qu’elles étaient à leur apogée et il est facile de passer à côté de leur existence.

Ces galaxies sont les plus faibles de l’univers. Il s’agit de petites structures faiblement brillantes qui contiennent généralement entre des centaines et des milliers d’étoiles, un nombre bien inférieur aux centaines de milliards d’étoiles qui composent notre Voie lactée, par exemple. Des galaxies qui n’existent presque plus sont souvent cachées discrètement parmi les innombrables objets brillants du ciel. Pour cette raison, il est jusqu’à présent plus facile de les trouver près de chez nous, à proximité de la Voie Lactée.

Cependant, cela ne permet pas de bien les comprendre, car les forces gravitationnelles et la couronne galactique de la Voie lactée peuvent éliminer les gaz des galaxies naines et interférer avec leur évolution naturelle. D’un autre côté, au-delà de la Voie lactée, les galaxies naines ultra-faibles deviennent de moins en moins visibles et donc plus difficiles à détecter pour les astronomes et les algorithmes informatiques traditionnels.

Par conséquent, pour la nouvelle étude, il a été nécessaire d’effectuer une recherche manuelle, oculaire, par l’astronome de l’Université d’Arizona, David Sand, afin de décrire trois galaxies naines très faibles situées en direction de la constellation du Sculpteur, près de la galaxie spirale NGC 300. Concernant sa découverte, Sand explique que « c’était pendant la pandémie. Je regardais la télévision et faisais défiler le viseur du DESI Legacy Survey, en me concentrant sur des zones du ciel qui, je le savais, n’avaient jamais été fouillées auparavant. Il a fallu plusieurs heures de recherche informelle et, tout à coup, boum ! “Ils viennent juste d’arriver.”

Les images découvertes par Sand ont été prises dans le cadre de l’enquête DECam Legacy (également connue sous son acronyme DECaLS), qui est l’une des trois études publiques connues sous le nom de DESI Legacy Imaging Surveys, qui ont pris ensemble des images couvrant un total de 14 000 degrés carrés de ciel. dans le but de fournir des cibles pour l’enquête en cours sur l’instrument spectroscopique de l’énergie sombre (DESI).

DECaLS a été réalisé à l’aide de la caméra à énergie sombre (DECam) de 570 mégapixels construite par le Département de l’énergie des États-Unis et installée sur le télescope Víctor Blanco de 4 mètres de l’Observatoire interaméricain de Cerro Tololo (CTIO), du National Science Foundation (NSF) des États-Unis, un programme du NSF NOIRLab, situé au Chili.

Les galaxies Sculptor, comme les appellent les auteurs de la nouvelle étude, font partie des premières galaxies naines ultrafaibles découvertes dans un environnement intact et isolé, libre de l’influence de la Voie lactée ou d’autres grandes structures. Pour les étudier plus en détail, Sand et ses collègues ont utilisé le télescope Gemini South, la moitié sud de l’Observatoire international Gemini, financé en partie par la NSF et exploité par le NOIRLab de la NSF.

La galaxie Sculptor B, pratiquement méconnaissable en tant que galaxie. (Photo : DECaLS / DESI Legacy Imaging Surveys / LBNL / DOE & KPNO / CTIO / NOIRLab / NSF/ AURA. Traitement d’images : TA Rector (University of Alaska Anchorage / NSF / NOIRLab), M. Zamani (NSF / NOIRLab) & D . de Martin (NSF/NOIRLab). CC PAR 4.0)

L’équipe d’astronomes a réussi à obtenir des images très détaillées grâce au spectrographe multi-objets (GMOS) du Gemini South Telescope, un instrument scientifique installé sur ledit télescope. Une analyse des données a montré que les galaxies semblent dépourvues de gaz et ne contiennent que de très vieilles étoiles, ce qui suggère que leur formation d’étoiles a pris fin depuis longtemps. Cela renforce les théories existantes selon lesquelles les galaxies naines ultrafaibles sont comme des « villes fantômes » dans lesquelles la formation d’étoiles s’est arrêtée depuis longtemps.

Cela a sa logique. Le gaz est la matière première nécessaire à la création d’une étoile. Mais les galaxies naines ultrafaibles n’ont pas assez de gravité pour conserver cet ingrédient crucial pour la formation des étoiles, et il se perd facilement lorsqu’elles sont secouées par l’univers dynamique dont elles font partie.

Cependant, les galaxies Sculptor sont loin des autres galaxies plus grandes, ce qui signifie que leur gaz n’a pas été consommé ou éliminé par d’autres galaxies géantes voisines. Une explication alternative à cela est un événement appelé l’époque de réionisation, une période de temps proche du Big Bang au cours de laquelle des photons ultraviolets de haute énergie ont rempli le cosmos, provoquant potentiellement « l’ébullition » du gaz des galaxies plus petites. Une autre possibilité est que certaines des premières étoiles des galaxies naines aient subi des explosions de supernova très énergétiques, émettant des jets à des vitesses allant jusqu’à 35 millions de kilomètres par heure et chassant le gaz de leurs galaxies hôtes respectives.

Si la réionisation en est responsable, ces galaxies ouvriraient une fenêtre sur l’étude de l’univers primitif : « Nous ne savons pas à quel point cet effet de réionisation est puissant ou uniforme, mais il se peut que la réionisation ait été irrégulière et ne se soit pas produite partout en même temps. » .” temps. Nous avons découvert trois de ces galaxies, mais cela ne suffit pas. Ce serait formidable d’en connaître des centaines. “Si nous savions quelle fraction était affectée par la réionisation, cela nous dirait quelque chose sur l’univers primitif qui serait très difficile à sonder autrement”, a expliqué Sand.

Pour accélérer la recherche de galaxies naines ultrafaibles, Sand et son équipe utilisent les galaxies Sculptor pour entraîner un système d’intelligence artificielle, du type connu sous le nom de réseau neuronal, afin d’identifier davantage de galaxies de ce type. Grâce à cela, on s’attend à ce que cet outil soit capable d’automatiser et d’accélérer les découvertes, offrant ainsi un ensemble de données à partir duquel les astronomes pourront tirer des conclusions plus solides.

Cette étude a été présentée lors d’une conférence de presse lors de la 245e réunion de l’AAS (American Astronomical Society) aux États-Unis. Et il a été publié dans la revue académique The Astrophysical Journal Letters, sous le titre « Trois galaxies naines éteintes et faibles en direction de NGC 300 : nouvelles sondes de réionisation et de rétroaction interne ». (Source : Manuel Paredes / NOIRLab / AURA)