Détection d’une galaxie elliptique géante dans l’Univers lointain

Une équipe internationale d’astronomes, dirigée par des chercheurs du CEA, avec des équipes du CNRS et d’universités (Université Pierre et Marie Curie, Université Paris Diderot, Université de Provence) (1), a détecté, pour la première fois dans l’Univers lointain, une galaxie elliptique géante, très semblable à ses cousines de notre Univers local. Cette galaxie, située à 10,1 milliards d’années lumière de la Terre, est observée au moment où l’Univers n’avait que 3,6 milliards d’années. Cette découverte révèle que certaines galaxies elliptiques peuvent déjà atteindre leur taille « adulte », tôt dans l’évolution de l’Univers. Elles coexistent avec d’autres galaxies elliptiques, beaucoup plus petites, qui augmentent de volume au cours du temps. Ces résultats sont publiés dans la revue Astrophysical Journal Letters.

Composite image of a field of distant galaxies obtained from images taken with the Subaru telescope's Suprime-Cam instrument and WIRCAM on the Canada-France-Hawaii telescope. The field size is 6 arc-minutes by 4 arc-minutes. The target galaxy 254025, at a distance of 10 billion light years, is a very faint red point. Subaru/CFHT/SAp

« Nous voulions trouver d’éventuelles galaxies elliptiques géantes dans l’Univers lointain », indique Masato Onodera, chercheur au CEA. « Pour ‘peser’ les galaxies lointaines, nous avons utilisé la technique de dispersion des vitesses des étoiles. Plus la taille d’une galaxie de masse donnée est petite, plus les étoiles la constituant doivent tourner rapidement autour du centre de la galaxie pour compenser l’attraction gravitationnelle », ajoute-t-il.

Pour avoir accès à ces données précieuses, les chercheurs se sont tournés vers l’un des plus grands relevés de l’Univers lointain, le projet COSMOS (2). Ils ont cherché des objets dotés d’une signature spectrale particulière dans le visible et le proche infrarouge, comme celles détectées par la caméra Suprime-Cam (3) du télescope Subaru, et la caméra WIRCam (4) du télescope Canada-France-Hawaii (5). Ils ont ensuite pu utiliser le télescope Subaru (6) qui, équipé d’un spectrographe et d’une caméra infrarouge multi-objets, a permis d’obtenir les spectres infrarouges des galaxies lointaines étudiées. L’analyse des élargissements des raies spectrales permet ensuite de remonter à la masse et à la taille des galaxies étudiées.

Les chercheurs ont ainsi pu détecter une galaxie elliptique géante, située à 10,1 milliards d’années lumière de la Terre et observée au moment où l’Univers n’avait que 3,6 milliards d’années. Ce résultat apporte la preuve que des galaxies géantes, parvenues à leur stade adulte, coexistent avec d’autres, plus compactes, dans l’Univers primordial (7). Par ailleurs, cette découverte apporte une pièce supplémentaire au puzzle de la compréhension de l’évolution des galaxies elliptiques. Les chercheurs s’attèlent désormais à quantifier la proportion relative de ces deux types extrêmes de galaxies elliptiques, en fonction du temps cosmique.