Les galaxies noires de l’Univers primordial observées par le VLT
Pour la première fois, des galaxies noires ont été observées. Les galaxies noires sont de petites galaxies riches en gaz de l'Univers primordial qui sont prédites par les théories de formation des galaxies et sont supposées être les blocs élémentaires des galaxies lumineuses et riches en étoiles d'aujourd'hui. Les astronomes supposent qu'elles ont dû fournir la majorité du gaz des grandes galaxies qui par la suite a formé les étoiles qui existent actuellement.
Etant pratiquement dépourvues d'étoiles, ces galaxies noires n'émettent pas beaucoup de lumière, ce qui les rend difficiles à détecter. En utilisant le très grand télescope de l’ESO, le VLT, une équipe internationale a détecté ces objets en les voyant briller alors qu’ils étaient illuminés par un quasar.
« Notre approche du problème de détection des galaxies noires a été simplement de les éclairer avec une lumière puissante » explique Simon Lilly (ETH Zurich, Suisse), coauteur de l'article. « Nous avons cherché le rayonnement fluorescent du gaz dans les galaxies noires quand elles sont illuminées par la lumière ultraviolette émise par un quasar proche et très brillant. La lumière du quasar fait s'illuminer les galaxies noires par un processus semblable à la manière dont les vêtements blancs s'illuminent avec une lampe ultraviolette de lumière noire dans une discothèque. »
L'équipe a tiré parti de la grande surface collectrice et de la sensibilité du VLT ainsi que d'une série d'observations avec de très longs temps de pose, pour détecter la lumière fluorescente extrêmement faible des galaxies noires. Ils ont utilisé l'instrument FORS2 pour cartographier une région du ciel autour du quasar brillant, à la recherche de la lumière ultraviolette émise par l'hydrogène quand il est soumis à d'intenses rayonnements. Du fait de l'expansion de l'Univers, avec le temps qu'il faut à cette lumière pour atteindre le VLT, elle est en fait observée comme une nuance de violet.
L'équipe a détecté près de 100 objets gazeux situés dans un rayon de quelques millions d'années-lumière autour du quasar. Après une analyse méticuleuse conçue pour exclure les objets dont l'émission pourrait être provoquée par la formation stellaire interne aux galaxies et non pas par la lumière du quasar, ils ont finalement réduit leur recherche à 12 objets.
Les astronomes ont aussi pu déterminer quelques propriétés des galaxies noires. Ils ont estimé que la masse de leur gaz équivaut à environ 1 milliard de fois la masse du Soleil, ce qui est typique pour les galaxies de faible masse riche en gaz de l'Univers primordial. Ils ont également pu estimer que l'efficacité de la formation stellaire est réduite d'un facteur 100 par rapport aux galaxies à formation d'étoiles typiques trouvées à une phase similaire de l'histoire cosmique.
« Nos observations avec le VLT ont fourni la preuve de l'existence de nuages noirs compacts et isolés. Avec cette étude, nous avons fait un pas capital vers la découverte et la compréhension des premières et obscures phases de la formation des galaxies et sur la manière dont les galaxies acquièrent leur gaz, » conclut Sebastiano Cantalupo. Le spectrographe intégral de champ MUSE, qui sera mis en service sur le VLT en 2013 sera un outil crucial pour étudier ces objets.
Cette recherche a été présentée dans un article intitulé Detection of dark galaxies and circum-galactic filaments fluorescently illuminated by a quasar at z=2.4, par Cantalupo et al. publié dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
