Des astronomes précisent la distance de la galaxie la plus éloignée et la plus ancienne connue à ce jour

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La galaxie GN-z11, la plus éloignée observée à ce jour, superposée à une image du relevé GOODS-Nord. | NASA, ESA, P. Oesch, G. Brammer, P. van Dokkum, et G. Illingworth
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En observant le ciel lointain, très lointain, des astronomes ont repéré en 2016 ce qui semblait être la galaxie la plus distante et la plus ancienne jamais observée, située à plus de 13,4 milliards d’années-lumière ! À savoir que l’âge de l’Univers est d’environ 13,8 milliards d’années selon les dernières estimations, ce qui place donc cette galaxie dans ses premiers 400 millions d’années d’existence. Récemment, des astronomes ont effectué de nouvelles observations de l’objet lointain et confortent indirectement les résultats de l’équipe précédente, maintenant la position de ladite galaxie sur la première place du podium, et déterminant avec plus de précision la distance qui nous sépare de l’objet.

La galaxie en question, GN-z11, est plus ancienne d’environ 150 millions d’années que la précédente détentrice du record, EGSY8p7, située dans la constellation du Bouvier. Elle est observée juste après le début de l’ère de réionisation, qui s’étend de 400 millions à 1 milliard d’années après le Big Bang. Une époque où un grand nombre d’atomes existants ont été ionisés par le rayonnement intense de la probable toute première génération d’étoiles.

Une équipe d’astronomes dirigée par Nobunari Kashikawa, professeur au département d’astronomie de l’université de Tokyo, s’est lancée dans une mission d’observation de la galaxie observable la plus lointaine de l’univers, afin d’en savoir plus sur la façon dont elle s’est formée et quand. Les résultats de l’étude ont été publiés le 14 décembre dans la revue Nature Astronomy.

Une difficulté d’estimation à la hauteur de la distance qui nous en sépare

« D’après les études précédentes, la galaxie GN-z11 semble être la plus éloignée de nous, à 13,4 milliards d’années-lumière, soit 127 x 1021 kilomètres (127 suivi de 21 zéros) », déclare Kashikawa dans un communiqué. « Mais mesurer et vérifier une telle distance n’est pas une tâche facile ».

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Pour déterminer la distance qui nous sépare de GN-z11, l’équipe de Kashikawa a étudié le redshift de la galaxie, c’est-à-dire l’allongement ou le décalage de sa lumière vers l’extrémité rouge du spectre. Ici, ce décalage vers le rouge (appliqué à un objet lointain) permet d’en estimer la distance, mais en principe, un décalage vers le rouge — par effet Doppler — signifie que la source s’éloigne (et vers le bleu, qu’elle se rapproche). En outre, l’équipe a examiné le spectre de raies d’émission de GN-z11 — des signatures chimiques observables dans la lumière provenant des objets cosmiques. En étudiant ces signatures de près, les chercheurs ont pu déterminer la distance que la lumière provenant de GN-z11 a dû parcourir pour nous atteindre, ce qui a permis d’estimer sa distance globale par rapport à la Terre.

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« Nous avons étudié la lumière ultraviolette en particulier, car c’est la zone du spectre électromagnétique où nous nous attendions à trouver les signatures chimiques décalées vers le rouge », explique Kashikawa. « Le télescope spatial Hubble a détecté la signature plusieurs fois dans le spectre de GN-z11 ».

« Cependant, même Hubble ne peut pas résoudre les lignes d’émission ultraviolettes au degré dont nous avons besoin », ajoute-t-il. C’est donc grâce au spectromètre pour l’exploration infrarouge MOSFIRE (Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration) de l’observatoire Keck que l’équipe a pu observer et étudier en détail les lignes d’émission provenant de la galaxie, et ainsi obtenir ces nouveaux résultats plus précis.

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Bien entendu, il ne s’agit pas d’une confirmation ultime des premiers résultats, mais si d’autres observations les confortent, GN-z11 serait officiellement la galaxie la plus lointaine jamais observée. « GN-z11 est lumineuse et jeune, mais modérément massive, ce qui implique une accumulation rapide de masse stellaire dans le passé. Les futurs instruments d’observation seront capables de découvrir les progéniteurs de ces galaxies à plus haut redshift et de sonder l’époque cosmique au début de la réionisation », concluent les chercheurs.

Source : Nature Astronomy

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