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Lumière sur les galaxies sombres

Sur la base de nouvelles données d’observation, une équipe internationale pilotée par l’ETH Zurich et incluant un chercheur de l’IRAP (Université de Toulouse & CNRS) a identifié plus de six “galaxies sombres” - des galaxies dépourvues ou presque d’étoiles dont l’identification, au moyen des instruments actuels, s’avère donc particulièrement difficile.

Image ci-contre : Le Very Large Telescope (VLT) dans le désert de l'Atacama au nord du Chili. (Photo: ESO / Y. Beletsky)

Notre compréhension de la formation des galaxies s’est considérablement affinée ces cinquante dernières années. Toutefois, d’importantes questions, relatives notamment à la conversion en étoiles du gaz diffus intergalactique, demeurent à ce jour sans réponse. Des modèles théoriques récents suggèrent qu’au cours de la première phase de formation des galaxies, très peu d’étoiles sont nées à partir du gaz intergalactique, pourtant omniprésent. Les éléments plaidant en faveur de l’existence de cette “Phase Sombre” demeurent à ce jour inaccessibles – en raison sans doute du peu de lumière visible qu’émettent les galaxies sombres. La découverte observationnelle de galaxies de ce type comblerait donc une importante lacune dans notre compréhension de l’évolution des galaxies.

Différentes méthodes permettent de mettre en lumière les galaxies sombres. Une équipe internationale pilotée par Raffaella Anna Marino et Sebastiano Cantalupo du Département de Physique de l’ETH Zurich a utilisé l’une de ces méthodes en quête de potentielles galaxies sombres et fait preuve d’une remarquable efficacité. Les résultats de leur recherche font l’objet d’un article paru dans l’Astrophysical Journal. Cet article rapporte l’identification de plus de six galaxies sombres.

Afin de surmonter l’obstacle que constitue la noirceur de leurs cibles, l’équipe a utilisé une sorte de lampe de poche – des quasars en réalité. Ces derniers émettent un intense rayonnement ultraviolet qui, au contact d’atomes d’hydrogène, donne lieu à une émission fluorescente baptisée raie Lyman-alpha. Ainsi donc, le signal en provenance de toute galaxie sombre se trouve amplifié par la présence d’un quasar situé à proximité, ce qui les rend visibles. Cette “illumination fluorescente” a été utilisée par le passé dans la recherche de galaxies sombres. Toutefois, les progrès instrumentaux permettent aujourd’hui à Marino et al. d’effectuer leur recherche dans le voisinage immédiat de quasars situés à des distances plus grandes qu’auparavant.

L'une des potentielles galaxies sombres, identifiée au travers d'une combinaison de spectres (gauche) et d'images du gaz en emission (au centre) et d'étoiles (droite). La position de la potentielle galaxie sombre est indiquée par un cercle rouge. (Credit: R. A. Marino / MUSE)

Figure ci-dessus : L'une des potentielles galaxies sombres nouvellement identifiées grâce à une combinaison de spectres (à gauche), d'images du gaz en émission (au centre) et d'étoiles (à droite). Un cercle de couleur rouge matérialise la galaxie sombre potentielle. (Credit: R. A. Marino / MUSE)

En outre, Marino et al. ont acquis la totalité de l’information spectrale caractérisant chacune des galaxies sombres potentielles. Des observations profondes – d’une durée voisine de 10 heures pour chacun des six champs de quasars étudiés – ont permis à Marino et ses collègues de discriminer les six candidates des autres sources. L’échantillon initial, constitué de 200 émetteurs de raie Lyman-alpha, a ainsi été réduit à une douzaine de régions ne pouvant être assimilées à des populations stellaires classiques et constituant donc de bonnes candidates à des galaxies sombres.

Ces progrès observationnels ont été réalisés grâce à l’instrument MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) qui équipe le Very Large Télescope (VLT) de l’ESO (European Southern Observatory) au Chili. En résumé, les études antérieures se limitaient à imager une bande de fréquences relativement étroite, qui nécessitait la conception de filtres spécifiques. Au contraire, l’instrument MUSE a permis de rechercher “à l’aveugle” – sans filtres – les galaxies sombres entourant des quasars situés à bien plus grande distance de la Terre.

Ressources complémentaires

  • Ce travail est le fruit d’une collaboration entre chercheurs de l’ETH Zurich, de l’Université de Leiden (Pays-Bas), de l’institut Paul Scherrer (Suisse), de l’Université de Lyon (France), de l’niversité de Porto (Portugal), de l’Université de Malte (Malte), de l’Université de Toulouse (France), de l’Université de Cambridge (Royaume-Uni), de l’Université de Postdam (Allemagne) et de l’Institut d’Astrophysique Leibniz à Postdam (Allemagne).
  • Publication scientifique : Marino RA, Cantalupo S, Lilly SJ, Gallego SG, Straka LA, Borisova E, Bacon R, Brinchmann J, Carollo CM, Caruana J, Conseil S, Contini T, Diener C, Finley H, Inami H, Leclercq F, Muzahid S, Richard J, Schaye J, Wendt M, Wisotzki L. Dark Galaxy Candidates at Redshift ~3.5 Detected with MUSE. The Astrophysical Journal doi:10.3847/1538-4357/aab6aa (2018). ( arXiv preprint)
  • Communiqué de Presse de l’ETH Zurich : https://www.phys.ethz.ch/news-and-events/d-phys-news/2018/05/dark-galaxies.html

Contact IRAP

  • Thierry Contini, thierry.contini@irap.omp.eu
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