Les astronomes ont repéré une galaxie à disque massive, semblable à la nôtre, qui s’est formée il y a 12,5 milliards d’années, alors que notre univers, vieux de 13,8 milliards d’années, n’avait qu’un dixième de son âge actuel. Mais d’après ce que les scientifiques savent de la formation des galaxies, celle-ci ne pourrait normalement pas se trouver dans l’univers lointain.
Cette découverte remet en question la façon dont les astronomes imaginent la formation des galaxies dans l’univers primitif.
Elle est connue sous le nom de Galaxie DLA0817g, mais les astronomes l’ont surnommée le Disque de Wolfe en hommage à feu l’astronome Arthur M. Wolfe, ancien conseiller doctoral auprès de 3 des 4 auteurs de l’étude. Il constitue la galaxie à disque rotatif la plus éloignée qu’ils aient jamais observée, grâce au réseau de télescopes Atacama Large Millimeter/submillimeter Array au Chili, connu sous le nom d’ALMA.
Selon leurs observations, le disque de la galaxie a une masse de 70 milliards de fois celle de notre Soleil. Il tourne également à 273 km par seconde, ce qui est similaire à notre galaxie, la Voie lactée. Mais les galaxies dotées de disques stables et bien formés, comme la Voie lactée, se sont formées progressivement et sont apparues plus tard dans la ligne du temps de l’univers, certaines remontant à 6 milliards d’années après le Big Bang.
Aux débuts de l’après Big Bang, l’univers était en grande partie un espace vide. Finalement, cela a été suivi par la formation de galaxies plutôt chaotiques. De petites galaxies ont fusionné et se sont écrasées ensemble en même temps que des amas de gaz chauds.
La plupart des galaxies découvertes au début de l’histoire de l’univers ressemblent à des épaves, parce qu’elles ont subi une fusion constante et souvent « violente », a déclaré Marcel Neeleman, auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral à l’Institut Max Planck d’astronomie à Heidelberg, en Allemagne, dans un communiqué. « Ces fusions chaudes rendent difficilement réalisable le processus de formation de disques rotatifs froids et bien ordonnés, tel que nous l’observons dans notre univers actuel ».
L’étude a été publiée cette semaine dans la revue Nature.
Alors comment une galaxie à disques rotatifs bien formée est-elle apparue pendant cette période de turbulences ? Les chercheurs ont conclu que cette galaxie s’est formée et a grandi d’une manière différente, connue sous le nom d’accrétion en mode froid.
Une grande partie de ce que les astronomes savent sur la formation des galaxies est basée sur une articulation logique. Au début, des structures de matière noire en forme de halo, une grande composante invisible de l’univers connue pour son effet sur la matière environnante, attiraient du gaz. Les fusions ont créé un phénomène plus grand où la formation d’étoiles était possible, et finalement, une galaxie est née.
Le gaz aspiré par les halos de matière noire était chauffé par les collisions, et cela formait un disque une fois refroidi – ce qui pouvait se produire sur des milliards d’années.
Brassage à froid
Mais lors du scénario d’accélération en mode froid, un gaz beaucoup plus froid est attiré dans une nouvelle galaxie et permet la formation plus rapide d’un disque.
« Nous pensons que le disque de Wolfe s’est développé principalement grâce à une accrétion constante de gaz froid », a déclaré J. Xavier Prochaska, co-auteur de l’étude et professeur d’astronomie et d’astrophysique de l’Université de Californie à Santa Cruz, dans un communiqué. « Néanmoins, l’une des questions qui subsiste est de savoir comment constituer une masse de gaz aussi importante tout en maintenant un disque rotatif relativement stable. »
Les chercheurs ont également utilisé les données du télescope spatial Hubble et du très grand réseau d’antennes radio Karl G. Jansky de la Fondation nationale des sciences au Nouveau-Mexique pour comprendre quel type de formation d’étoiles se produisait dans la galaxie.
« Le taux de formation d’étoiles dans le disque de Wolfe est au moins 10 fois plus élevé que dans notre propre galaxie », a expliqué M. Prochaska. « Ce doit être l’une des galaxies à disque les plus productives du début de l’univers. »
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