ALMA confirme la découverte d’une galaxie riche en oxygène dans l’univers très ancien

GHZ2/GLASS-z12, initialement identifié dans l’étude JWST GLASS, existait alors que l’Univers n’avait que 367 millions d’années (décalage vers le rouge z=12,117).

GHZ2/GLASS-z12 a été identifié dans l’enquête JWST GLASS, une enquête qui observe l’Univers lointain et derrière des amas massifs de galaxies.

Ces observations consistent en plusieurs images utilisant différents filtres de couleur à large bande, similaires aux couleurs RVB séparées d’un appareil photo.

Pour les galaxies lointaines, la lumière met tellement de temps à nous parvenir que l’expansion de l’Univers a déplacé la couleur de cette lumière vers l’extrémité rouge du spectre de la lumière visible dans ce que l’on appelle le décalage vers le rouge.

La couleur rouge de GHZ2/GLASS-z12 a par conséquent aidé les astronomes à l’identifier comme l’un des candidats les plus convaincants pour une galaxie lointaine qu’ils ont observée.

Tant de galaxies distantes brillantes ont été identifiées au cours des premières semaines d’observations de Webb que cela a remis en question notre compréhension de base de la formation des premières galaxies.

Cependant, ces couleurs rouges n’indiquent qu’une galaxie lointaine et pourraient plutôt être une galaxie très riche en poussière se faisant passer pour un objet plus éloigné.

Seules des observations directes de raies spectrales – des raies présentes dans le spectre lumineux d’une galaxie utilisées pour identifier les éléments présents – peuvent confirmer de manière robuste les vraies distances de ces galaxies.

Immédiatement après la découverte de ces premiers candidats galactiques, le Dr Tom Bakx de l’Université de Nagoya et de l’Observatoire astronomique national du Japon et ses collègues ont utilisé l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) pour rechercher une raie spectrale afin de confirmer l’âge réel des galaxies.

ALMA a pointé GHZ2/GLASS-z12 pour rechercher une raie d’émission associée à l’oxygène à la fréquence attendue suggérée par les observations de Webb.

L’oxygène est un élément généralement abondant dans les galaxies lointaines en raison de son échelle de temps de formation relativement courte, c’est pourquoi les auteurs ont choisi de rechercher une raie d’émission d’oxygène pour augmenter les chances de détection.

ALMA a pu détecter la raie d’émission proche de la position de la galaxie.

Le redshift observé de la ligne (z = 12,117) indique que nous voyons la galaxie telle qu’elle était juste 367 millions d’années après le Big Bang.

“Les premières images de Webb ont révélé tellement de galaxies primitives que nous avons estimé que nous devions tester ses résultats en utilisant le meilleur observatoire sur Terre”, a déclaré le Dr Bakx.

“C’était une période très excitante pour être un astronome d’observation, et nous pouvions suivre l’état des observations qui testeront les résultats de Webb en temps réel.”

“Nous étions initialement préoccupés par la légère variation de position entre la ligne d’émission d’oxygène détectée et la galaxie vue par Webb, mais nous avons effectué des tests détaillés sur les observations pour confirmer qu’il s’agit vraiment d’une détection robuste, et il est très difficile d’expliquer par toute autre interprétation.

“L’émission de la ligne brillante indique que cette galaxie a rapidement enrichi ses réservoirs de gaz avec des éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium”, a déclaré le Dr Jorge Zavala, astronome à l’Observatoire astronomique national du Japon.

“Cela nous donne quelques indices sur la formation et l’évolution de la première génération d’étoiles et leur durée de vie.”

“La petite séparation que nous voyons entre le gaz oxygène et l’émission des étoiles pourrait également suggérer que ces premières galaxies ont souffert de violentes explosions qui ont soufflé le gaz du centre de la galaxie dans la région entourant la galaxie et même au-delà.”

“Ces observations approfondies d’ALMA fournissent des preuves solides de l’existence de galaxies au cours des premières centaines de millions d’années après le Big Bang, et confirment les résultats surprenants des observations de Webb.”

“Le travail de Webb ne fait que commencer, mais nous ajustons déjà nos modèles sur la façon dont les galaxies se forment dans l’Univers primordial pour correspondre à ces observations.”

“La puissance combinée de Webb et du réseau de radiotélescopes ALMA nous donne la confiance nécessaire pour pousser nos horizons cosmiques toujours plus près de l’aube de l’Univers.”

Les conclusions ont été publiées dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

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Tom JLC Bakx et al. Recherche par décalage vers le rouge ALMA profond d’une galaxie candidate z ~ 12 GLASS-JWST. MNRAS, mis en ligne le 23 décembre 2022 ; doi : 10.1093/mnras/stac3723