| |
11 juin
2015 |
| |
|
L'observation d'un anneau
d'Einstein par ALMA révèle d'incroyables détails |
|
| |
Une campagne d'observations effectuée
par le réseau ALMA en configuration étendue a permis d'obtenir une
image spectaculaire et détaillée à la fois d'une galaxie lointaine
subissant un effet de lentille gravitationnelle.
Sur cette image figure une vue magnifiée des régions de formation
d'étoiles au sein de la galaxie distante. Le degré de résolution qui
caractérise ces nouvelles observations est inédit. Il surpasse
nettement le niveau de détail qu'offre le Télescope Spatial Hubble,
et révèle l'existence, au sein même de cette galaxie, de régions de
formation d'étoiles semblables à la Nébuleuse d'Orion, quoique de
dimensions nettement supérieures. Ce travail est le fruit d'une
collaboration internationale impliquant en France des chercheurs des
laboratoires du CNRS et des Universités françaises et de l'Institut
de Radioastronomie Millimétrique (IRAM).
|
|
| |
|
| |
|
A gauche figure la
lentille gravitationnelle d'avant-plan (ici observée au moyen de
Hubble). SDP.81, la galaxie subissant l'effet de magnification
gravitationnelle, est peu visible. Au centre figure l'image
détaillée de l'anneau d'Einstein acquise par ALMA (la galaxie
lentille d'avant-plan est invisible pour ALMA). L'image résultante
de la galaxie distante (à droite), recomposée grâce à des modèles
complexes tenant compte de l'effet de magnification
gravitationnelle, révèle l'existence, au sein de l'anneau, de
structures fines jamais observées auparavant : des nuages de
poussières, très certainement de gigantesques nuages moléculaires
froids, véritables lieux de naissance des étoiles et planètes au
sein de la galaxie distante. Crédit : ALMA (NRAO/ESO/NAOJ) / Y.
Tamura (University of Tokyo) / Mark Swinbank (Durham University). |
|
| |
La campagne d'observations d'ALMA en
configuration étendue a donné lieu à quelques résultats surprenants,
et permis de recueillir des informations d'une précision inégalée
concernant les 'habitants' de l'Univers proche et distant. Des
observations effectuées fin 2014 dans le cadre de cette campagne
visaient une lointaine galaxie notée HATLAS J090311.6+003906, par
ailleurs connue sous l'appellation SDP.81. La lumière en provenance
de cette galaxie subit les effets d'un phénomène de lentille
gravitationnelle. Une galaxie massive située entre SDP.81 et ALMA
agit telle une lentille en effet, déformant la lumière émise par la
galaxie plus lointaine et générant un anneau d'Einstein
quasi-parfait.
La galaxie magnifiée par effet de lentille gravitationnelle est
observée à une époque à laquelle l'Univers n'était âgé que de 2,4
milliards d'années – ce qui représente 15% de son âge actuel. Sa
lumière a donc mis 11,4 milliards d'années pour nous parvenir, ce
qui représente plus de deux fois l'âge de la Terre. Pour ce faire,
elle a emprunté un chemin détourné, contournant une galaxie massive
d'avant-plan relativement proche en comparaison puisque située à 4
milliards d'années de la Terre.
ALMA fonctionne à la manière d'un interféromètre. En effet, les
nombreuses antennes qui composent le réseau travaillent de concert
afin de collecter la lumière, comme le ferait un télescope virtuel
de vastes dimensions. En conséquence, les nouvelles images de SDP.81
obtenues par ALMA sont dotées d'une résolution quelque six fois
supérieure à celles acquises dans l'infrarouge par le Télescope
Spatial Hubble.
La capacité d'ALMA à observer les plus infimes détails dépend de la
distance entre les antennes. Dans le cas présent, la séparation
maximale, soit 15 kilomètres, a été nécessaire. Cette disposition
permet de discerner des détails de 0,023 secondes d'arc ou 23
millisecondes d'arc. Par comparaison, la résolution atteinte par
Hubble dans le proche infrarouge est voisine de 0,16 secondes d'arc.
Les modèles complexes des astronomes révèlent l'existence d'une
structure fine, jamais observée auparavant, au sein de SDP.81. Cette
dernière arbore la forme de nuages poussiéreux, probablement de
vastes réservoirs de gaz moléculaire froid – ou lieux de naissance
des étoiles et de leurs cortèges de planètes. Ces modèles ont été en
mesure de corriger la distorsion géométrique générée par l'effet de
lentille gravitationnelle.
|
|
| |
|
| |
|
| |
Les observations d'ALMA présentent un
tel degré de résolution que les chercheurs peuvent détecter, au sein
de cette lointaine galaxie, des régions de formation stellaire dont
les dimensions n'excèdent pas les 100 années-lumière – soit
l'équivalent de gigantesques nébuleuses d'Orion produisant, à
l'autre extrémité de l'Univers, de nouvelles étoiles à un rythme
mille fois supérieur. C'est la toute première fois que ce phénomène
peut être observé à une distance aussi élevée.
"L'image de la galaxie recomposée par ALMA est spectaculaire",
s'enthousiasme Rob Ivison, co-auteur de deux des publications
scientifiques et Directeur de la Science à l'ESO. "La vaste
surface collectrice d'ALMA, la grande distance qui sépare ses
antennes, et la stabilité de l'atmosphère qui surplombe le désert de
l'Atacama, contribuent chacune à l'obtention d'images et de spectres
extrêmement résolus. En d'autres termes, les observations obtenues
sont très détaillées, ainsi que les informations concernant les
mouvements qui animent les différentes régions de la galaxie. Nous
pouvons désormais étudier des galaxies situées à l'autre extrémité
de l'Univers, au moment où elles fusionnent et donnent naissance à
un grand nombre d'étoiles. C'est le genre de truc qui m'incite à me
lever le matin !"
L'information spectrale recueillie par ALMA a par ailleurs permis
aux astronomes de mesurer la vitesse de rotation de la galaxie et
d'estimer sa masse. Les données indiquent que le gaz de cette
galaxie est instable : certains amas de gaz sont en cours
d'effondrement en effet, et probablement sur le point de se changer
en vastes régions de formation stellaire.
En outre, la modélisation de l'effet de lentille gravitationnelle
révèle l'existence d'un trou noir supermassif au cœur de la galaxie
lentille d'avant-plan. Les régions centrales de SDP.81 sont trop peu
lumineuses pour être détectées, ce qui laisse à penser que la
galaxie d'avant-plan abrite un trou noir supermassif doté d'une
masse supérieure à 200 ou 300 millions de masses solaires.
Sources principales :
>>> Sharpest View Ever of Star Formation in the
Distant Universe (ESO)
>>>
La vue la plus détaillée à ce jour de l'Univers lointain (CNRS)
Cette recherche fait l'objet de huit publications disponibles sur
Arxiv, à savoir :
>>>
High-resolution ALMA observations of SDP.81. I. The innermost
mass profile of the lensing elliptical galaxy probed by 30
milli-arcsecond images
>>>
Revealing the complex nature of the strong gravitationally lensed
system H-ATLAS J090311.6+003906 using ALMA
>>>
ALMA maps the Star-Forming Regions in a Dense Gas Disk at z~3
>>>
The Inner Mass Distribution of the Gravitational Lens SDP.81 from
ALMA Observations
>>>
High-resolution ALMA Observations of SDP.81. II. Molecular Clump
Properties of a Lensed Submillimeter Galaxy at z=3.042
>>>
ALMA Long Baseline Observations of the Strongly Lensed
Submillimeter Galaxy HATLAS J090311.6+003906 at z=3.042
>>>
ALMA imaging of SDP.81 - I. A pixelated reconstruction of the
far-infrared continuum emission
>>>
ALMA imaging of SDP.81 - II. A pixelated reconstruction of the CO
emission lines
|
|
| |
|
| |
|
Image grand-angle
de l'ordinateur chargé de compiler les données des antennes d'ALMA.
Celui-ci est capable d'exécuter 66 millions de milliards
d'opérations par seconde. Crédit : ALMA. |
|
| |
|
| |
|
| |
|
