“La galaxie la plus éloignée de tous les temps” HD1 n’est probablement pas ce qu’il semble

Une découverte potentielle passionnante a récemment secoué le monde de l’astrophysique.

Conception à l’échelle logarithmique de l’artiste de l’univers observable. Le système solaire cède la place à la Voie lactée, qui cède la place aux galaxies proches qui cèdent ensuite la place à la structure à grande échelle et au plasma chaud et dense du Big Bang à la périphérie. Chaque ligne de visée que nous pouvons observer contient toutes ces époques, mais la quête de l’objet observé le plus éloigné ne sera pas complète tant que nous n’aurons pas cartographié l’Univers entier.

(Crédit : Pablo Carlos Budassi ; Unmismoobjetivo/Wikimedia Commons)

Cette galaxie, HD1, vient d’être annoncée comme la galaxie la plus jeune et la plus éloignée jamais vue.

galaxie la plus éloignée

Montré ici avec des flèches violettes, ce petit objet rouge, à peine visible sans pointeurs vers lui, peut représenter l’objet le plus éloigné actuellement connu dans l’Univers : HD1. Cependant, sa distance n’a pas encore été définitivement déterminée.

(Crédit : Greater et al.)

Avec un âge de 330 millions d’années, elle se trouve actuellement à 33 milliards d’années-lumière : la plus éloignée jamais vue.

inaccessible

La lumière de n’importe quelle galaxie qui a été émise après le début du Big Bang chaud, il y a 13,8 milliards d’années, nous aurait atteint aujourd’hui tant qu’elle se situe à environ 46,1 milliards d’années-lumière à l’heure actuelle. Mais la lumière des galaxies les plus anciennes et les plus éloignées sera bloquée par la matière intermédiaire et décalée vers le rouge par l’Univers en expansion. Les deux représentent de graves défis pour la détection et posent des avertissements contre nous en tirant des conclusions définitives sur leur distance sans les données appropriées et nécessaires.

(Crédit : F. Summers, A. Pagan, L. Hustak, G. Bacon, Z. Levay et L. Frattere (STScI))

Cela pourrait battre l’ancien record de GN-z11 : 407 millions d’années et distant de 32 milliards d’années-lumière.

le plus éloigné

Une section du champ GOODS-N, qui contient la galaxie GN-z11, la galaxie la plus éloignée jamais observée. Avec un décalage vers le rouge de 11,1, une distance de 32,1 milliards d’années-lumière et un âge déduit de l’Univers de 407 millions d’années-lumière au moment où cette lumière a été émise, c’est le plus loin en arrière que nous ayons jamais vu un objet lumineux dans l’univers. La confirmation spectroscopique de Hubble était la clé; sans elle, nous serions restés sceptiques.

(Crédit : NASA, ESA, G. Bacon (STScI), A. Feild (STScI), P. Oesch (Yale))

Si c’est le cas, c’est une trouvaille fascinante : brillante, lumineuse et qui abrite peut-être les premières étoiles vraiment vierges.

Les toutes premières étoiles et galaxies qui se forment devraient abriter des étoiles de la population III : des étoiles constituées uniquement des éléments qui se sont formés pour la première fois lors du Big Bang chaud, qui sont exclusivement composés à 99,999999 % d’hydrogène et d’hélium. Une telle population n’a jamais été vue ou confirmée, mais certains espèrent que HD1 les contiendra.

(Crédit : Pablo Carlos Budassi/Wikimedia Commons)

Mais il y a de fortes chances que HD1 ne soit pas le recordman qu’il est largement rapporté.

Bien qu’il existe des galaxies agrandies, ultra-éloignées, très rouges et même infrarouges comme celles identifiées ici dans le Hubble eXtreme Deep Field, bon nombre de ces galaxies candidates se sont révélées être des intrus intrinsèquement rouges et/ou plus proches, et non les ultra- objets distants que nous espérions qu’ils étaient. Sans confirmation spectroscopique, se tromper sur la distance cosmique d’un objet est un événement malheureux, mais banal.

(Crédit : NASA, ESA, R. Bouwens et G. Illingsworth (UC, Santa Cruz))

Oui, il est extrêmement rouge et manque toute sa lumière à courte longueur d’onde.

galaxie la plus éloignée

Cette figure montre différents filtres photométriques (en haut) et les images de HD1 qu’ils révèlent ou non, ainsi que deux ajustements différents aux données photométriques. Notez que même si l’ajustement à décalage vers le rouge élevé est supérieur, il n’y a aucune confirmation spectroscopique de la distance de la galaxie HD1.

(Crédit : Y. Fikirane et al., ApJ, 2022)

Seuls les filtres photométriques de plus grande longueur d’onde révèlent l’objet.

galaxie la plus éloignée

Avant qu’un nombre suffisant d’étoiles ne se forment, des atomes neutres persistent dans le milieu intergalactique de l’Univers, où ils sont remarquablement efficaces pour bloquer la lumière ultraviolette et visible des étoiles. Sans confirmation spectroscopique, comme nous l’avons fait pour GN-z11 mais pas pour HD1, la prudence s’impose.

(Crédit : Merakne et al., NASA, EST et P. Oesch/Yale)

Ceci est cohérent avec un objet derrière le “mur d’atomes neutres” avant la réionisation.

réionisation

Diagramme schématique de l’histoire de l’Univers, mettant en évidence la réionisation. Avant la formation des étoiles ou des galaxies, l’Univers était plein d’atomes neutres bloquant la lumière. La majeure partie de l’Univers ne se réionise que 550 millions d’années plus tard, certaines régions atteignant une réionisation complète plus tôt et d’autres plus tard. Les premières grandes vagues de réionisation commencent à se produire vers 250 millions d’années, tandis que quelques étoiles chanceuses peuvent se former seulement 50 à 100 millions d’années après le Big Bang. Avec les bons outils, comme le télescope spatial James Webb, nous pourrions commencer à révéler les premières galaxies.

(Crédit : SG Djorgovski et al., Caltech ; Caltech Digital Media Center)

Mais seule la spectroscopie peut déterminer le redshift d’une galaxie avec une certitude absolue.

Ce n’est qu’en décomposant la lumière d’un objet distant en ses longueurs d’onde composantes et en identifiant la signature des transitions d’électrons atomiques ou ioniques qui peuvent être liées à un décalage vers le rouge, et donc, l’Univers en expansion, qu’un décalage vers le rouge confiant (et donc, distance) être arrivé à. Cette preuve manque pour HD1 et HD2 aujourd’hui.

(Crédit : Vesto Slipher, 1917, Proc. Amer. Phil. Soc.)

De multiples raies spectrales, liées à des transitions quantiques, révèlent à quel point la lumière émise est décalée vers le rouge par l’Univers en expansion.

univers en expansion

Cette animation simplifiée montre comment la lumière se décale vers le rouge et comment les distances entre les objets non liés changent au fil du temps dans l’univers en expansion. Ce n’est qu’en liant la longueur d’onde de la lumière émise à la lumière observée que le décalage vers le rouge peut vraiment être mesuré avec confiance.

(Crédit : Rob Knop)

Pour HD1, une seule ligne candidate existe et sa signification de détection est inférieure au seuil 5-σ.

Dans l’ensemble des spectres pris par nos observatoires les plus puissants, dont ALMA, de la galaxie HD1, une seule tentative de signature de raie émerge : celle d’une raie d’oxygène doublement ionisée. Sa confiance n’atteint pas le « gold standard » requis pour annoncer une découverte.

(Crédit : Y. Fikirane et al., ApJ, 2022)

L'”autre” candidat distant, HD2, ne possède aucune raie spectrale.

Les expositions dans différentes bandes photométriques (en haut) de la galaxie candidate HD2, ainsi que deux ajustements spectraux possibles (courbes) aux points de données (en rouge). Notez comment bien qu’une solution à décalage vers le rouge élevé (z = 12) soit préférée à une interprétation à faible décalage vers le rouge (z = 3,5), les deux sont possibles et la signature non ambiguë de la spectroscopie n’est pas disponible.

(Crédit : Y. Fikirane et al., ApJ, 2022)

Jusqu’à ce que la confirmation spectroscopique arrive, la prudence s’impose, car aucune distance ne peut être déterminée de manière décisive.

Le spectre complet publié de la galaxie candidate HD1 ne montre aucune détection définitive de raies spectrales. La flèche rouge correspond au signal candidat d’une ligne d’oxygène doublement ionisé. Sans données décisives, nous ne pouvons pas conclure de manière responsable qu’il s’agit en fait de la galaxie la plus éloignée que nous ayons jamais vue. Ce n’est peut-être pas du tout ça.

(Crédit : Y. Fikirane et al., ApJ, 2022)

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