Mise à jour le 15 Janvier 2011
 
 
CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF
"LES GALAXIES LOINTAINES"
Par Daniel KUNTH
Directeur de recherches CNRS
Astrophysicien à l’IAP.
Au FIAP, 30 rue Cabanis, 75014 Paris (métro Glacière).
Le Mercredi 12 Janvier 2011 à 20H30
 
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos et des animations.
(Daniel Kunth a eu la gentillesse de nous donner sa présentation complète (en pdf), elle est disponible sur ma liaison ftp et s'appelle. SAF-Galaxies Lointaines-Kunth.pdf elle est dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2010/2011)
 
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
 
Le compte rendu sera succinct étant donné que la présentation est disponible au téléchargement.
 
 
 
 
 
Daniel Kunth est astrophysicien à l’IAP (Institut d’Astrophysique de Paris), il organise aussi des conférences publiques mensuelles très prisées à l’IAP auxquelles la plupart des spectateurs de ce soir assistent aussi.
 
Ce site résume d’ailleurs la plupart des conférences de l’IAP.
 
Daniel a aussi été l’initiateur de la célèbre Nuit des étoiles auprès du public, elle a été télévisée pendant plus de quinze ans.
 
 
Il a écrit de nombreux ouvrages ; les derniers étant :
 
·        L’astrologie (avec P Zarka) aux PUF
·        Le grand Univers et nous chez Bayard
·        Les balises de l’Univers chez Pommier
 
 
 
Il nous parle ce soir des galaxies lointaines, c’est à dire des premières galaxies qui se sont formées après le Big Bang, c’est un sujet qui mobilise beaucoup d’énergie parmi les astrophysiciens.
 
Ce sujet doit aussi mener à la compréhension de la formation des galaxies.
 
 
OBSERVER EN PROFONDEUR.
 
Plus on s’enfonce dans le temps, plus on s’approche du Big Bang et plus les galaxies que l’on observe sont différentes des galaxies « récentes ».
 
L’Univers lointain est très différent de l’Univers d’aujourd’hui.
Il semble que les galaxies se soient formées très progressivement.
Comment cela s’est-il passé ?
 
Il faut revenir au bruit de fond cosmologique (CMB) 380.000 ans après le Big Bang.
­Pendant les quelques centaines de milliers d’années qui suivent le BB, la température baisse.
­Elle baisse au point de ramener les électrons à un état plus normal, ils vont pouvoir se combiner avec les nucléons pour former enfin des…ATOMES : électrons tournant autour des noyaux
­Les électrons, alors ne gênent plus les photons, la lumière peut enfin s’échapper, l’univers devient TRANSPARENT
­La gravité va pouvoir prendre le dessus!
­C’est l’ère de la MATIÈRE qui commence
 
 
Mais, bizarrement, la suite du premier flash lumineux que l’on remarque aujourd’hui : le CMB, est suivi d’une période sombre (dark ages en anglais).
 
­En effet les étoiles et galaxies que l’on connaît, ne sont pas encore formées et ne peuvent pas briller.
­L’Univers est donc sombre, cette période va durer plusieurs centaines de millions d'années, jusqu'à la formation des proto galaxies et proto étoiles très différentes de celles d’aujourd’hui, elles produisent d'intenses rayonnements UV.
­
Mais les UV ont la propriété d'ioniser les atomes c'est la raison pour laquelle cette phase est appelée ré-ionisation car la première ionisation était primordiale au moment du Big Bang
 
 
 
 
 
 
 
Comment analyser ces galaxies lointaines ?
 
En étudiant leur redshift (décalage vers le rouge dû à l’effet Doppler causé par l’expansion des galaxies).
 
Les galaxies les plus lointaines s’éloignent rapidement de nous, et leur lumière est de plus en plus décalée vers le rouge.
 
On remarque le décalage z sur ce graphique, plus on va vers la droite, plus le redshift est grand, par exemple à z=3, on a un âge de 12,5 milliards d’années.
 
 
 
 
 
 
 
Il faut souligner le rôle fondamental joué par le télescope spatial Hubble dans l’étude des premières galaxies.
 
Ce fut le cas de la célèbre prise de vue appelée champ profond (HDF : Hubble Deep Field) , basée sur les principes suivants :
 
·        Obtenir une image la plus profonde possible
·        Cibler une région où il y a peu d’objets brillants
·        Observer dans différentes fréquences
·        Passer la main aux observatoires terrestres les plus importants comme le Keck
·        Mettre les données à disposition
·        Consacrer une grande partie du temps discrétionnaire du directeur (DDT à l’époque Robert Williams) pour cette longue pose.
 
 
 
 
Et que voit-on dans ce champ extrêmement petit?
 
Des galaxies à perte de vue !
 
 
En moyenne 1 million de galaxie par deg2 !!!
 
Sont-elles proches ou lointaines ???
 
 
 
 
 
 
 
UTILISER LES FILTRES ET SPECTRES POUR DÉTERMINER LES DISTANCES.
 
 
 
Pour cela il faut étudier leurs redshift en mesurant leurs spectres.
 
Ceci étant fait, on arrive à la vue ci-contre où chaque galaxie a été repérée avec son z.
 
 
On remarque que les galaxies lointaines (z>3) sont petites et irrégulières.
 
On se pose alors la question : peut-on aller plus loin ? (voir plus loin ?).
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ce serait possible avec une plus longue pose, par exemple. 200 heures au lieu de 6 heures.
 
C’est ce que l’on a fait avec le HUDF ce qui veut dire : Hubble Ultra Deep Field.
 
 
 
 
 
 
 
Voici le genre d’images que l’on a obtenu avec ce relevé :
 
 
 
Grâce à ce relevé on a pu aller encore plus loin et pénétrer la période des âges sombres de l’Univers, comme on le voit sur cette représentation de la NASA.
 
 
Grâce au HUDF on a pu pénétrer plus loin et donc plus vers le rouge, comme on le voit sur cette photo , et aussi sur celle là.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UTILISATION DE RAIES SPECTRALES.
 
 
L’Hydrogène de l’ISM absorbe les photons inférieurs à 912 Angstrom, que l’on appelle limite Lyman. Cette discontinuité ou rupture (Lyman Break en anglais) est une des caractéristiques des galaxies lointaines.
 
À grand z, le spectre des galaxies va se décaler vers le rouge, si bien qu’à un certain moment (distance) il n’y aura plus aucune émission dans l’UV, tout le spectre est décalé vers l’IR.
 
Ceci a donné l’idée révolutionnaire pour la recherche de galaxies distantes.
·        à grand z le signal décroît à cause de l’absorption de H à certaines fréquences.
·        Recherche avec les filtres UV de la perte de signal (drop out) comme on le voit sur la diapo ci-contre, image du bas, seule l’information UV a disparu alors que R et V sont présentes, signe d’une galaxie lointaine.
 
 
 
 
 
 
On a procédé de la même façon avec la nouvelle caméra WFC-3 montée récemment sur Hubble, cette caméra permet d’aller des côtés IR et UV du spectre.
Ces capacités sont supérieures à l’ancienne caméra NICMOS et a permis de gagner un facteur de près de 40 dans la découverte de ces objets très lointains.
 
Comme on le voit à gauche.
 
 
 
 
 
 
On a pu aussi restituer les galaxies lointaines avec leur couleur d’émission d’origine et non plus décalée vers le rouge ; bien entendu elles sont toutes bleues, comme on le voit ici.
 
Qu’observe-t-on ?
 
Les premières galaxies sont très petites et peu lumineuses.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LYMAN ALPHA : UNE RAIE COSMIQUE !
 
 
L’hydrogène, principal constituant de l’Univers, chauffé par des étoiles naissantes, émet des raies dans l’UV (raies Lyman alpha notamment) à 121,6 nanomètres ou 1216 Angstrom.
 
Ce rayonnement est absorbé, diffusé ou détruit par les nuages de gaz interstellaires.
 
(dessin de D. Kunth).
 
Ce rayonnement est un marqueur efficace des galaxies lointaines, mais on a mis très longtemps à le détecter. Les galaxies concernées sont appelées les LAE (Lyman alpha emitters).
 
 
 
 
 
LE PROJET ALMA.
 
 
ALMA est un projet international (Europe, USA, Japon, Chili) d'interféromètre radio travaillant dans le domaine millimétrique et submillimétrique.
 
Situé à 5000 m d'altitude au Chili, il sera constitué de 54 antennes de 12 m de diamètre et 12 antennes de 7 m de diamètre et ce sur une ligne de base de 150 m à 16 km.
 
 
Voir le dessin d’artiste de ce futur ensemble.
 
 
Alma sera un appareil à détecter les galaxies lointaines.
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
 
Film sur le Hubble Deep Field.
 
Site sur les premières galaxies (en anglais), à voir. Dont les dernières nouvelles.
 
La fin des âges sombres CR de la conf SAF de M Langer.
 
Hubble Goes to the Limit In Search Of Farthest Galaxies
 
big galaxy in baby universe par Spitzer .
 
Les chasseurs de galaxies primordiales, article de La Recherche.
 
La quête des premières galaxies par nos amis Suisses.
 
À la recherche des grands ancêtres, article du CEA.
 
Tracing the Evolution of the First Galaxies in the Universe, par le télescope spatial Hubble.
 
Hubble Reaches the "Undiscovered Country" of Primeval Galaxies
 
Hubble observations of very high-redshift galaxies: looking back 13 billion years, présentation ppt.
 
Seeing Through the Trough: Detecting Lyman Alpha from Early Generations of Galaxies par Mark Dijkstra (ITC, Harvard)
 
Lyman alpha Emitters in Historical and Cosmic Perspective par l’Université de Hawai.
 
The universe of the coming ALMA revolution
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin   membre de la commission de cosmologie de la SAF
www.planetastronomy.com
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