L'objet le plus éloigné de l'univers. Découverte de la galaxie la plus lointaine de l'univers

La science

Récemment ouvert objet céleste est en compétition pour le titre d'objet spatial observable le plus éloigné de nous dans l'Univers, ont rapporté les astronomes. Cet objet est une galaxie MACS0647-JD, située à 13,3 milliards d’années-lumière de la Terre.

On pense que l’univers lui-même a 13,7 milliards d’années, donc la lumière que nous voyons aujourd’hui de cette galaxie date du tout début du cosmos.

Les scientifiques observent l'objet à l'aide des télescopes spatiaux de la NASA "Hubble" Et "Spitzer", et ces observations ont été rendues possibles grâce à l’aide d’une « loupe » cosmique naturelle. Cette lentille est en réalité un immense amas de galaxies dont la gravité combinée déforme l'espace-temps, produisant ce qu'on appelle lentille gravitationnelle. Lorsque la lumière d’une galaxie lointaine traverse une telle lentille avant d’atteindre la Terre, elle est amplifiée.

Voici à quoi ressemble une lentille gravitationnelle :

"De telles lentilles peuvent tellement amplifier la lumière d'un objet qu'aucun télescope fabriqué par l'homme ne peut le faire.", - parle Marc Facteur, astronome au Space Telescope Science Institute de Baltimore. - Sans un tel grossissement, il faut un effort herculéen pour voir une galaxie aussi lointaine. »

La nouvelle galaxie lointaine est très petite, bien plus petite que notre Voie Lactée- ont déclaré les scientifiques. Cet objet, à en juger par la lumière qui nous est parvenue, est très jeune ; il nous vient d'une époque où l'Univers lui-même était au tout début de son développement. Elle n’avait que 420 millions d’années, soit 3 % de son âge moderne.

La petite galaxie ne mesure que 600 années-lumière de large, mais comme vous le savez, la Voie Lactée est beaucoup plus grande - 150 000 années-lumière de large. Les astronomes pensent que la galaxie MACS0647-JD a finalement fusionné avec d'autres petites galaxies pour en former une plus grande.

Fusion cosmique de galaxies

"Cet objet pourrait être l'un des nombreux éléments constitutifs d'une galaxie plus grande,- disent les chercheurs. – Au cours des 13 milliards d’années à venir, elle aurait pu subir des dizaines, des centaines, voire des milliers de fusions avec d’autres galaxies ou leurs fragments. »

Les astronomes continuent d’observer des objets encore plus éloignés à mesure que leurs techniques et instruments d’observation s’améliorent. Le précédent objet détenant le titre de galaxie la plus éloignée observée était la galaxie SXDF-NB1006-2, située à 12,91 milliards d’années-lumière de la Terre. Cet objet a été vu à l'aide de télescopes "Subaru" Et "Kek"à Hawaii.

L'étude des galaxies les plus lointaines peut nous montrer des objets situés à des milliards d'années-lumière, mais même avec une technologie parfaite, l'écart spatial entre la galaxie la plus éloignée et Big Bang restera énorme.

En regardant l’Univers, nous voyons la lumière partout, à toutes les distances que nos télescopes peuvent observer. Mais à un moment donné, nous rencontrerons des limites. L’un d’eux est imposé par la structure cosmique qui se forme dans l’Univers : on ne peut voir les étoiles, les galaxies, etc., que si elles émettent de la lumière. Sans cela, nos télescopes ne peuvent rien voir. Une autre limite à l’utilisation de formes d’astronomie autres que la lumière est la limite de la part de l’Univers qui nous est accessible depuis le Big Bang. Ces deux grandeurs ne sont peut-être pas liées entre elles, et c'est sur ce sujet que notre lecteur nous pose une question :

Pourquoi le redshift du CMB est-il de l'ordre de 1000, alors que le redshift le plus élevé de toutes les galaxies que nous avons vues est de 11 ?

Nous devons d’abord comprendre ce qui s’est passé dans notre Univers depuis le Big Bang.



L’Univers observable peut s’étendre sur 46 milliards d’années-lumière dans toutes les directions de notre point de vue, mais il existe certainement d’autres parties de l’Univers qui nous sont inobservables, et peut-être même sont-elles infinies.

L’ensemble de ce que nous connaissons, voyons, observons et avec lequel nous interagissons est appelé « l’univers observable ». Il y a probablement encore plus de régions de l'univers au-delà de lui, et avec le temps, nous pourrons voir de plus en plus de ces régions à mesure que la lumière provenant d'objets lointains nous parviendra enfin après voyage dans l'espace dans des milliards d'années. Nous pouvons voir ce que nous voyons (et plus, pas moins) grâce à une combinaison de trois facteurs :

• Un temps limité s'est écoulé depuis le Big Bang, 13,8 milliards d'années.


• Vitesse de la lumière vitesse maximum pour tout signal ou particule se déplaçant dans l’Univers, il est fini et constant.


• Le tissu même de l’espace s’est étiré et étendu depuis le Big Bang.

Chronologie de l'histoire de l'univers observable

Ce que nous voyons aujourd’hui est le résultat de ces trois facteurs, ainsi que de la distribution originelle de la matière et de l’énergie fonctionnant selon les lois de la physique tout au long de l’histoire de l’Univers. Si nous voulons savoir à quoi ressemblait l’Univers à un moment donné, il nous suffit d’observer à quoi il ressemble aujourd’hui, de mesurer tous les paramètres associés et de calculer à quoi il ressemblait dans le passé. Pour ce faire, nous aurons besoin de nombreuses observations et mesures, mais les équations d'Einstein, bien que si difficiles, sont au moins sans ambiguïté. Les résultats qui en résultent aboutissent à deux équations, connues sous le nom d’équations de Friedmann, et chaque étudiant en cosmologie est confronté à la tâche de les résoudre directement. Mais, pour être honnête, nous avons pu effectuer des mesures étonnantes des paramètres de l’Univers.

En regardant dans la direction pôle Nord Galaxies de la Voie Lactée, nous pouvons scruter les profondeurs de l'espace. Cette image contient des centaines de milliers de galaxies et chaque pixel est une galaxie différente.

Nous savons à quelle vitesse il se développe aujourd’hui. Nous savons quelle est la densité de la matière dans n’importe quelle direction dans laquelle nous regardons. Nous savons combien de structures se forment à toutes les échelles, des amas globulaires aux galaxies naines, des grandes galaxies aux groupes de galaxies, amas et structures filamenteuses à grande échelle. Nous savons quelle quantité de matière normale, de matière noire, d’énergie noire, ainsi que de composants plus petits tels que les neutrinos, les rayonnements et même les trous noirs, se trouvent dans l’Univers. Et ce n’est qu’à partir de ces informations, extrapolées dans le temps, que nous pouvons calculer à la fois la taille de l’Univers et le taux de son expansion à tout moment de son histoire cosmique.

Graphique logarithmique de la taille de l'Univers observable en fonction de l'âge

Aujourd’hui, notre Univers observable s’étend de notre point de vue sur environ 46,1 milliards d’années-lumière dans toutes les directions. A cette distance se trouve le point de départ d'une particule imaginaire qui s'est déclenchée au moment du Big Bang et, voyageant à la vitesse de la lumière, nous parviendrait aujourd'hui, 13,8 milliards d'années plus tard. En principe, à cette distance, toutes les ondes gravitationnelles laissées par l'inflation cosmique - la condition qui a précédé le Big Bang, a constitué l'Univers et a fourni toutes les conditions initiales - ont été générées.

Ondes gravitationnelles, créé par l'inflation cosmique - c'est le signal le plus ancien de tout ce que l'humanité pourrait, en principe, détecter. Ils sont nés à la fin de l’inflation cosmique et au tout début du chaud Big Bang.

Mais il reste d’autres signaux dans l’Univers. Quand il avait 380 000 ans, le rayonnement résiduel du Big Bang a arrêté la diffusion des particules chargées libres alors qu'elles formaient des atomes neutres. Et ces photons, après avoir formé des atomes, continuent d’être décalés vers le rouge au fur et à mesure de l’expansion de l’Univers, et peuvent être observés aujourd’hui à l’aide d’une antenne/télescope à micro-ondes ou radio. Mais en raison du taux d'expansion rapide de l'Univers dans les premiers stades, la « surface » qui nous « brille » avec cette lumière résiduelle - le fond cosmique des micro-ondes - n'est qu'à 45,2 milliards d'années-lumière. La distance entre le début de l’Univers et l’endroit où se trouvait l’Univers après 380 000 ans est égale à 900 millions d’années-lumière !

Les fluctuations de froid (en bleu) dans le CMB ne sont pas plus froides en soi, mais représentent simplement des zones d'attraction gravitationnelle accrue en raison de l'augmentation de la densité de matière. Les régions chaudes (rouges) sont plus chaudes car le rayonnement dans ces régions vit dans un puits gravitationnel moins profond. Au fil du temps, les régions plus denses sont plus susceptibles de se transformer en étoiles, galaxies et amas, tandis que les régions moins denses ont moins de chances de le faire.

Il faudra beaucoup de temps avant que nous trouvions la galaxie la plus éloignée de l’Univers que nous ayons découverte. Bien que les simulations et les calculs montrent que les toutes premières étoiles auraient pu se former 50 à 100 millions d'années après le début de l'Univers, et les premières galaxies après 200 millions d'années, nous n'avons pas encore regardé aussi loin en arrière (même s'il est permis d'espérer qu'après le lancement l'année prochaine du télescope spatial James Webb, nous pouvons le faire !). Aujourd'hui, le record cosmique est détenu par la galaxie illustrée ci-dessous, qui existait lorsque l'Univers avait 400 millions d'années, soit seulement 3 % de son âge actuel. Cependant, cette galaxie, GN-z11, est située à seulement 32 milliards d'années-lumière : soit environ 14 milliards d'années-lumière du « bord » de l'Univers observable.

La galaxie la plus lointaine découverte : GN-z11, photo issue de l'observation GOODS-N réalisée par le télescope Hubble.

La raison en est qu’au début, le taux d’expansion a chuté très rapidement au fil du temps. À l’époque où la galaxie Gz-11 existait telle que nous la voyons, l’Univers s’étendait 20 fois plus vite qu’aujourd’hui. Lorsque le CMB a été émis, l’Univers s’étendait 20 000 fois plus vite qu’aujourd’hui. À l'époque du Big Bang, à notre connaissance, l'Univers s'étendait 10 36 fois plus vite, soit 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 de fois plus vite qu'aujourd'hui. Au fil du temps, le taux d’expansion de l’Univers a considérablement diminué.

Et c'est très bien pour nous ! L'équilibre entre le taux d'expansion primaire et la quantité totale d'énergie de l'Univers sous toutes ses formes est parfaitement maintenu, à l'erreur près de nos observations. S'il y avait eu ne serait-ce qu'un peu plus de matière ou de rayonnement dans l'univers au début, celui-ci se serait effondré il y a des milliards d'années et nous n'existerions plus. S'il y avait trop peu de matière ou de rayonnement dans l'univers au début, celui-ci se développerait si rapidement que les particules ne pourraient même pas se rencontrer pour former des atomes, sans parler de structures plus complexes telles que les galaxies, les étoiles, les planètes et les humains. L’histoire cosmique que nous raconte l’Univers est une histoire d’équilibre extrême, grâce à laquelle nous existons.

L'équilibre complexe entre le taux d'expansion et la densité globale de l'Univers est si délicat que même un écart de 0,00000000001 % dans l'une ou l'autre direction rendrait l'Univers complètement inhabitable pour toute vie, étoile ou même planète à un moment donné.

Si nos meilleurs sont vrais théories modernes, alors les premières vraies galaxies auraient dû se former entre 120 et 210 millions d'années. Cela correspond à une distance entre nous et eux de 35 à 37 milliards d'années-lumière, et une distance entre la galaxie la plus éloignée et le bord de l'Univers observable de 9 à 11 milliards d'années-lumière aujourd'hui. C'est extrêmement loin et cela dit une chose fait incroyable: L'Univers s'est étendu extrêmement rapidement au début, et aujourd'hui, il s'étend beaucoup plus lentement. 1% de l’âge de l’Univers est responsable de 20% de son expansion totale !

L’histoire de l’Univers est pleine d’événements fantastiques, mais depuis la fin de l’inflation et le Big Bang, le taux d’expansion a chuté rapidement et ralentit à mesure que la densité continue de diminuer.

L’expansion de l’Univers étend la longueur d’onde de la lumière (et est responsable du redshift que nous observons), et la grande vitesse de cette expansion est responsable de la grande distance entre le fond micro-ondes et la galaxie la plus éloignée. Mais la taille de l’Univers aujourd’hui révèle autre chose d’étonnant : des effets incroyables qui se sont produits au fil du temps. Au fil du temps, l'Univers continuera à s'étendre de plus en plus, et au moment où il aura dix fois son âge actuel, les distances auront tellement augmenté que nous ne pourrons plus voir d'autres galaxies que les membres de notre groupe local, même avec un télescope équivalent à Hubble. Profitez de tout ce qui est visible aujourd’hui, de la grande diversité de ce qui est présent à toutes les échelles cosmiques. Cela ne durera pas éternellement !

Le télescope orbital Hubble, lancé en 1990, est devenu le principal instrument des Terriens, élargissant les limites visibles de l'Univers. Les gros titres « Les astronomes ont découvert la galaxie la plus lointaine » sont devenus familiers aux médias et publications scientifiques, car il est réellement possible de trouver l'objet le plus éloigné au moins tous les jours. Il peut sembler que de telles découvertes n'apportent pas de percée qualitative : plus nous prenons des jumelles puissantes en dehors de la ville, plus nous voyons loin.

Cependant, cette analogie n’est pas tout à fait appropriée ici. En prenant des jumelles plus puissantes, nous continuons à voir essentiellement les mêmes objets : champs, rivières, forêts, bâtiments. Tout cela grandit, bouge, se tient debout et ne tombe pas selon des lois que nous connaissons depuis longtemps.

La « bordure » visible aujourd’hui contient des objets qui ont émis de la lumière quelques centaines de millions d’années seulement après le Big Bang. A cette époque, l’Univers commençait tout juste à prendre forme. Par conséquent, lors de la découverte des galaxies les plus lointaines, nous essayons de comprendre non pas « quelle est la prochaine étape ? », mais « comment tout a-t-il commencé ?

Redshift

Ligne Univers Redshift est le rapport entre l'ampleur du décalage de la raie spectrale du côté de la longueur d'onde la plus longue et la longueur d'onde dans le cadre de référence du laboratoire.

Pour les objets qui ont émis de la lumière à l'aube de l'Univers, ce décalage est plusieurs fois supérieur à la longueur d'onde elle-même.

L’Univers est en constante expansion et plus un objet est observé loin à grande échelle, plus il s’éloigne rapidement de nous. Par conséquent, la mesure de distance la plus pratique est l’évaluation de la rougeur d’un objet provoquée par l’effet Doppler. La galaxie la plus éloignée correspondait jusqu'à récemment à un redshift de z=8,6. Elle est née 600 millions d'années après le Big Bang.

La période de 150 à 800 millions d'années après le Big Bang fait référence à la période dite de réionisation, lorsque les premières étoiles et galaxies ont ionisé le gaz intergalactique.

Dans un article publié dans la revue Nature, des astronomes dirigés par Richard Bowens de l'Université de Leiden rapportent la découverte d'une galaxie encore plus lointaine avec un redshift d'environ 10. La galaxie UDFj-39546284 a été repérée en 2009, trois mois seulement après le télescope Hubble. Une caméra grand angle UDFj-39546284 est installée. Le faible point visible dans le ciel profond n’est rien d’autre qu’une galaxie compacte composée de jeunes étoiles bleues. La lumière que nous en voyons est émise seulement 480 millions d’années après le Big Bang.

"Ces observations nous donnent le meilleur aperçu des premiers objets découverts", a expliqué Richard Bowens.

Pépinière de l'Univers

La galaxie dont la lumière nous est parvenue est trop petite et trop jeune pour avoir une forme en spirale ou d’autres caractéristiques. Les scientifiques ont découvert que la galaxie était habitée par des étoiles vieilles de 100 à 200 millions d’années. Ils ont été formés à partir de gaz collectés autour de caillots de mystérieux matière noire.

Selon les chercheurs, au cours de l'ère observée, le jeune Univers a connu une sorte de baby-boom : entre 480 et 650 millions d'années après le Big Bang, le nombre d'étoiles a augmenté d'un ordre de grandeur. "La vitesse effrénée à laquelle les étoiles naissaient nous indique que si nous regardons un peu plus en arrière, nous verrons des changements bien plus dramatiques survenus lors de la formation des toutes premières galaxies", a déclaré Garth Illingworth de l'Université de Californie à Santa. Cruz.

Au-delà du bord du bord

Après avoir dépassé la barre z=10, les astronomes se sont approchés du « bord du bord ». Les 500 premiers millions d'années (à z de 1000 à 10) après le Big Bang restent un vide dans le modèle hiérarchique de formation des galaxies accepté aujourd'hui - des amas d'étoiles aux galaxies elliptiques et spirales. La galaxie UDFj-39546284 a été découverte dans les longueurs d'onde infrarouges les plus éloignées visibles par le télescope Hubble. Les scientifiques espèrent approfondir leurs recherches sur les toutes premières années de l’Univers avec l’aide du télescope James Webb.

Grâce aux données du télescope orbital Hubble, les astronomes ont découvert l'objet le plus éloigné de notre Univers : une galaxie située à 13,2 milliards d'années-lumière de la Terre.

"Nous avons remonté le temps et nous sommes approchés très près des premières galaxies, qui, selon nous, se sont formées environ 200 à 300 millions d'années après le Big Bang", cite RIA Novosti l'un des auteurs de l'ouvrage, Garth Illingworth. L'objet unique s'est avéré être UDFj-39546284 - une galaxie lointaine record qui se distinguait par un taux de formation d'étoiles relativement faible. Une comparaison des données à ce sujet avec des informations sur d’autres galaxies relativement plus proches et « plus anciennes » a montré que le taux de formation d’étoiles dans les galaxies a décuplé en seulement 170 millions d’années.

"Il s'agit d'une croissance étonnante sur une période qui ne représente que 1 % de l'âge actuel de l'univers", déclare Illingworth. Selon les scientifiques, ces données concordent avec une image hiérarchique de la formation des galaxies, dans laquelle les galaxies grandissent et fusionnent sous l'influence de la gravité de la matière noire. La galaxie découverte par les scientifiques est beaucoup plus petite et plus légère que les galaxies spirales modernes. Notre Galaxie est donc environ 100 fois plus massive.

La recherche d’objets cosmiques de plus en plus éloignés aide les astronomes à scruter le passé lointain de l’Univers. La vitesse de la lumière étant limitée, nous voyons les galaxies lointaines telles qu’elles étaient dans un passé lointain. Les astronomes observent la galaxie UDFj-39546284 telle qu'elle était lorsque l'âge de l'Univers n'était que de 480 millions d'années.

Le principal indicateur de la distance aux galaxies lointaines est le décalage vers le rouge - un déplacement des raies dans le spectre dû à l'effet Doppler. Plus le redshift est grand, plus l'objet cosmique est éloigné, car avec la distance, selon la loi de Hubble, la vitesse de fuite des galaxies augmente. Selon les auteurs de la découverte de la galaxie la plus éloignée, son redshift pourrait être de 10,3. Ces données ne sont cependant pas définitives puisque scène moderne développement de l’astronomie, la mesure précise du redshift est une tâche extrêmement difficile. "Tant que le redshift n'est pas mesuré à l'aide de méthodes spectroscopiques, il reste juste un candidat, même s'il s'agit d'un bon candidat", a commenté l'astrophysicien Sergueï Popov de l'Institut astronomique de Sternberg à propos de la découverte.

Si le redshift de la galaxie ouverte s'avère réellement être de l'ordre de 9 à 10, alors l'objet sera reconnu comme le plus ancien de l'Univers. Entre-temps, ce titre était détenu par la galaxie UDFy-38135539, située à 13 milliards d'années-lumière de la Terre. Elle a été découverte en octobre 2010 par des astronomes de l'Observatoire européen austral (ESO). Le redshift de cette galaxie s'est avéré être de 8,5549, et nous le voyons tel qu'il était il y a environ 600 millions d'années.