Résultat scientifique

Le taux de formation stellaire dans cette galaxie (baptisée HFLS3) est incroyablement grand. Il y naît l’équivalent de 3000 soleils par an, soit 2000 fois plus que dans notre galaxie, la Voie Lactée. HFLS3 se place donc parmi les galaxies les plus actives de l’Univers alors que celle-ci n’est âgée que de … 900 millions d’années ². Paradoxalement, cette monstrueuse galaxie, qui a déjà atteint la masse de la Voie Lactée, aurait pu passer inaperçue dans les images du projet HerMES ³ car elle n’apparaît que comme une tache rouge et faible. Rouge ou plutôt infrarouge car ses jeunes étoiles sont enveloppées dans une gigantesque nébuleuse de poussières interstellaires qui ne laisse pas passer la lumière visible ; faible à cause de l’énorme distance qui la sépare d’Herschel.

Les estimations de la masse de gaz transformée en étoiles de HFLS3 ont été réalisées grâce au logiciel CIGALE ⁴ spécialement développé pour traiter les données observées par Herschel. Une galaxie isolée transformant en étoiles l’équivalent de 3000 fois la masse du Soleil en un an n’est pas censée être observée aussi tôt dans l’évolution de l’Univers. En fait, cette galaxie représente un phénomène si extrême que l’on pourrait la qualifier de « flambée stellaire maximale » : toute la galaxie produit frénétiquement de nouvelles étoiles à un rythme tel que leur propre radiation risque d’éparpiller la matière de la galaxie elle même.

Selon les chercheurs, les modèles prédisent que quelques galaxies massives se forment très tôt dans les régions les plus denses de l’Univers qui rassemblent très vite beaucoup de gaz et qui deviendront plus tard les amas de galaxies. En revanche, la vitesse à laquelle cette galaxie forme des étoiles est étonnante. Le seul phénomène que l’on connaisse qui puisse déclencher une telle flambée est la fusion de deux galaxies déjà très massives pour cette époque. C’est un phénomène très rare, d’autant plus que les flambées de formation d’étoiles déclenchées par les fusions ne durent que quelques dizaines de millions d’années.

• La galaxie HFLS3 observé par le satellite Herschel

La galaxie « HFLS3 » a été initialement détectée comme un petit point rouge dans les images sub-millimétriques de l’observatoire spatial Herschel de l’ESA (image principale et imagettes colorées à droite). Des observations supplémentaires de l’optique au millimétrique (cadres insérés) avec d’autres télescopes montrent que deux galaxies apparaissent très proches l’une de l’autre. Elles sont toutefois extrêmement lointaines l’une de l’autre (ainsi que de la Terre). Toutefois, celle qui est vu en sub-millimétriques (en bleu dans le cadre inséré) est si distante de nous que nous l’observons telle qu’elle était lorsque l’Univers avait juste 900 millions d’années (13,7 milliards d’années aujourd’hui). Elle formait, alors, 1000 fois plus d’étoiles par an que notre propre galaxie, la Voie Lactée en forme maintenant.

• Images de la région autour de la galaxie HFLS

Ces images montrent la région (30’’ x 30’’ en haut) autour de la galaxie HFLS3 telle qu’elle est observée par différents télescopes à des longueurs d’onde différentes. Un agrandissement sur les 10’’ x 10’’ centrales est réalisé dans la ligne du bas. La galaxie G1B domine l’essentiel de l’émission pour la plupart de ces images.

• La galaxie HFLS3 observée en utilisant la technique de l’optique adaptative

La galaxie HFLS3 à z = 6.34, observée ici en utilisant la technique de l’optique adaptative qui permet de corriger des effets troublants de l’atmosphère terrestre, se trouve à « proximité » d’un autre objet (G1B) bien plus proche à z = 2.09 qui se trouve pourtant à 10 milliards d’années-lumière de la Terre. La distance vraie entre les deux est donc de l’ordre de 9 milliards d’années-lumière. Cette image est l’une des plus précises que l’on ait pu obtenir de HFLS3 et elle montre que cette dernière est probablement composée de plusieurs éléments distincts. La tache noire dans le cadran en bas et à gauche indique la résolution de l’image.

La détermination de cette grandeur, qui nous informe sur les processus de formation des planètes géantes, a été l’un des programmes pilotes de la conception de la mission Juno. En outre, tandis que Juno semble mesurer une abondance légèrement super-solaire d’oxygène [2] , les résultats nominaux indiquent que l’oxygène de Jupiter serait subsolaire [3] .

Ce résultat ouvre ainsi la voie à deux possibilités. Soit l’oxygène est bien subsolaire et Jupiter s’est formée dans une région plutôt sèche de la nébuleuse protoplanétaire, soit il existe une couche radiative [4] à plusieurs centaines de kbar qui agit et nous empêche d’avoir accès à la valeur profonde de l’oxygène. Une simulation a montré qu’une couche de cette nature permet de reproduire les observations avec un oxygène super-solaire [5] .

Ce travail qui implique des scientifiques du CNRS-INSU (voir encadré) montre la complémentarité des différentes techniques pour la détermination de la composition profonde des planètes géantes : la cinétique chimique utilisée dans cette étude est une technique qui est complémentaire aux mesures in situ par spectrométrie de masse (Galileo) et par radiométrie (Juno).