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Astrophysique

Simulation de l'agglomération des galaxies autour des noeuds de filaments de matière noire réalisée par les superordinateurs de l'Institut Kavli d'astrophysique des particules et de cosmologie de l'Université Stanford. Document KIPAC.

Les découvertes récentes (I)

Avec l'avènement de l'astronomie spatiale, les astrophysiciens ont eu l'occasion d'étudier l'univers à travers tout le spectre des rayonnements, des ondes radios aux rayons X et gamma en passant par les lumières visible et infrarouge notamment.

Si certaines observations ont renforcé les théories, d'autres ont forcé les astronomes à revoir leurs théories et parfois les modèles cosmogoniques.

Concernant les galaxies et les autres objets du ciel profond, devant l'accumulation des découvertes parfois en désaccord avec les théories, les astrophysiciens ont bien dû constater que l'univers était loin d'être le lieu sombre et figé pour l'éternité qu'on imaginait encore il y a un siècle.

Depuis quelques décennies, les astronomes ont découvert que non seulement l'univers est peuplé d'une grande variété d'astres plus ou moins calmes ou turbulents mais qu'il contient également des substances plus intriguantes comme la matière noire et l'énergie sombre dont les effets sont avérés. On y reviendra quand nous aborderons la cosmologie.

Ce sont quelques unes de ces découvertes récentes faites en astrophysique que nous allons décrire. Certaines d'entre elles feront probablement l'objet de nouveaux articles dès que le sujet se sera étoffé, d'autres ayant déjà été incorporées dans différents articles.

De la poussière et de l'oxygène 600 millions d'années après le Big Bang

Une équipe internationale d’astronomes dirigée par Nicolas Laporte de l’University College de Londres a observé en 2016 au moyen de l'installation radiointerférométrique ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) installée dans le désert d'Atacama au Chili, une galaxie référencée A2744_YD4, la plus jeune et la plus lointaine détectée à ce jour par cet instrument.  Les mesures spectrographiques réalisées avec l'instrument X-Shooter du VLT de l'ESO indiquent que cette galaxie se situe à z=8.38 et s'est formée 600 millions d'années seulement après le Big Bang.

La galaxie A2744_YD4 située à z=8.38 observée par le VLT derrière l'amas Abell 2744. Document ESO.

Les observations de la galaxie A2744_YD4 ont été rendues possibles par l'exploitation de l'effet de lentille gravitationnelle généré par l'amas de galaxies Abell 2744 situé à l'avant-plan qui a magnifié l'image de la galaxie A2744_YD4 située 1.8 fois plus loin.

Les résultats de cette étude publiés en 2017 montrent que cette galaxie a la particularité de contenir une grande quantité de poussière interstellaire issue d’une précédente génération d’étoiles (supernovae). En effet, dans l’Univers primordial, la poussière était encore rare du fait que la première génération d’étoiles n'avait pas encore explosé en supernova. Or l'abondance et la nature des poussières contenue dans la jeune galaxie A2744_YD4 indiquent que les résidus des premières supernovae avaient déjà contaminé l'environnement galactique en grains de silicium, de carbone et d’aluminium dont le diamètre n’excède pas le millième de millimètre.

Grâce à ALMA, les astronomes ont par ailleurs détecté dans l'infrarouge lointain à 88 μm soit 3406.7 GHz l’émission d’oxygène ionisé [OIII] au sein de la galaxie A2744_YD4. Cet élément lourd s'est formé au cours de la nucléosynthèse au coeur des étoiles et s'est ensuite dispersé dans l'espace lors de l'explosion des supernovae. Il s’agit de la détection la plus lointaine et la plus ancienne de cet élément dans l’Univers, battant le précédent record établit en 2016 (voir ci-dessous).

La détermination de la période à laquelle l’Univers baignait dans la lumière issue des toutes premières étoiles chaudes (Population III) appelée l'"aube cosmique" constitue l’un des premiers objectifs de l'astrophysique moderne. L’étude de la poussière interstellaire générée par l'explosion des premières supernovae en est une source indirecte.

Selon les chercheurs, la galaxie A2744_YD4 contient une quantité de poussières estimée à 6 millions de masses solaires pour une masse stellaire estimée à 2 milliards de masses solaires. Tout en étant une très petite galaxie en terme de masse, son taux de formation stellaire atteint 20 masses solaires par an (contre une masse solaire par an au sein de la Voie Lactée), ce qui représente un rythme soutenu de formation d'étoiles et de poussières.

La formation des étoiles au sein de cette galaxie débuta quelque 200 millions d’années avant l’époque à laquelle nous l’observons aujourd’hui. Ces observations ouvrent donc une fenêtre sur cette période primordiale où les premières étoiles et galaxies se sont "allumées", la plus ancienne époque observée à ce jour.

De l'oxygène il y a 13 milliards d'années

Une équipe d'astronomes japonais dirigée par Akio K.Inoue de l'Université d'Osaka-Sandai a publié une étude en 2016 à propos de la galaxie à haut redshift SXDF-NB1006-2 découverte en 2012 grâce au télescope Subaru de 8.2 m et située dans la constellation de la Baleine (Cetus) à 13 ±1 milliards d'années-lumière (z=7.213).

En exploitant les données de l'installation radioastronomique ALMA, les chercheurs ont découvert dans le spectre de cette galaxie primordiale la raie Lyman α (raie UV à 121.5668 nm au repos correspondant à la recombinaison de l'hydrogène ionisé) indiquant que cette galaxie est enveloppée dans un halo d'hydrogène ionisé, le signe que les étoiles dont elle est constituée ont déjà suffisamment d'énergie pour arracher les électrons des atomes dans cette région reculée de l'univers.

Des nouvelles observations réalisées dans l'infrarouge lointain à 88 μm ont permis de découvrir dans le spectre de SXDF-NB1006-2 la raie interdite de l'oxygène ionisé [OIII]. L'abondance de l'oxygène dans cette galaxie est estimée à 10 % de celle du Soleil et correspond aux valeurs prédites par les simulations. Cette découverte indique donc qu'à cette époque cette galaxie était déjà suffisamment âgée pour qu'une première génération d'étoiles naissent, évoluent et meurent. Etant donné que l'oxygène est ionisé, les astronomes pensent que cette galaxie abrite un certain nombre de jeunes étoiles géantes plusieurs dizaines de fois plus massives que le Soleil. Ces jeunes étoiles géantes et chaudes seraient à l'origine de l'intense rayonnement UV enregistré par le télescope UKIRT.

A gauche, le champ de la galaxie SXDF-NB1006-2 située à 13.1 milliards d'années-lumière dans la constellation de la Baleine. Il s'agit d'un composite couleur obtenu au cours du sondage Subaru XMM-Newton Deep Survey (SXDS). Au centre, le profil des raies d'émissions [OIII] et Ly-α. la densité de flux F est normalisée par une unité de 10-18 erg/s/cm2/Å. L'émetteur de la raie Lyman alpha qui correspond à la recombinaison de l'hydrogène ionisé se déplace à +110 km/s par rapport au halo d'oxygène ionisé. A droite, illustration artistique du halo d'oxygène ionisé (en vert) observé par le radiotélescope ALMA superposé à l'hydrogène ionisé (en bleu) observé par le télescope Subaru et à la lumière UV détectée par le télescope UK IR (en rouge). Documents ALMA (ESO/NOAJ/NRAO), NOAJ.

En revanche, les astronomes ont été surpris par la faible abondance de poussière. En effet, SXDF-NB1006-2 contient deux à trois fois moins de poussière que prévu. L'absence de halo infrarouge dans un large spectre de fréquences autour de cette galaxie suggère que cette région contient trop peu de poussière pour absorber et réemettre le rayonnement des étoiles (comme on le voit généralement dans les régions stellaires riches en nébuleuses ou en nuages moléculaires). 

Pour expliquer ce manque de poussière, certains astronomes évoquent les ondes de chocs des explosions des supernovae qui pourraient avoir pulvérisé les grains en leurs constituants élémentaires. Une autre hypothèse serait liée à la température, au faiut qu'il y aurait peu de grains de poussière interstellaire dans les nuages denses et froid constituant cette galaxie car ces grains grandissent par coalescence et aggrégation (un peu comme les grains de glace forment les flocons de neige dans les nuages froids sur Terre; sans grains de glace servant de noyau de condensation, point de flocons).

L'absence de raie du carbone à 158 μm signifie également que cette galaxie contient des quantités anormalement faibles de gaz neutre. Ces caractéristiques pourraient permettre aux photons ionisants de s'échapper dans le milieu intergalactique. Ainsi, la faible abondance de poussière aurait facilité la réionisation en permettant à la lumière émise par cette galaxie d'ioniser les vastes nuages de gaz qui l'enveloppent. A ce titre, selon Inoue, "SXDF-NB1006-2 serait un prototype des sources lumineuses responsables de la réionisation cosmique".

Selon Yoichi Tamura de l'Université de Tokyo et coauteur de cette étude, "l'analyse de son spectre en haute résolution ainsi que de son rayonnement à d'autres longueurs d'ondes permettront de recueillir de précieuses informations pour mieux comprendre les propriétés de cette galaxie". Il est probable que de nombreuses autres galaxies du même âge présentent un halo d'oxygène ionisé. Leur étude permettra de préciser la manière dont les étoiles et les galaxies ont évolué dans l'univers primordial. Ce type d'étude devrait aussi aider les astronomes à identifier l'origine de la réionisation. En effet, selon Inoue "la source du processus de réionisation peut tout aussi bien être les étoiles massives que les trous noirs supermassifs. Cette galaxie ne semble pas abriter de trou noir supermassif mais un grand nombre d'étoiles massives. De telles étoiles pourraient avoir réionisé l'univers".

3.5 milliards d'années après le Big Bang : les galaxies manquent de matière noire

Jusqu'à présent les astronomes se sont attachés à dénicher la matière noire et l'énergie sombre (indétectable) dans les galaxies les plus facilement accessibles et donc les plus proches bien que cela soit relatif. Jusqu'au milliard d'années-lumière voire même un peu plus, la matière noire semble effectivement omniprésente dans le disque des galaxies ainsi que dans leur halo. Mais en 2017, de nouvelles observations ont montré qu'à très grandes distances et donc dans un lointain passé la matière sombre ne dominait pas dans le disque des galaxies. Cette première observation mérite qu'on s'y attarde car elle est peut-être révélatrice des propriétés de l'Univers primordial.

En 2017, grâce au télescope VLT de l’ESO, Reinhard Genzel de l'Institut Max Planck de Physique Extraterrestre (MPI) et ses collègues ont analysé les courbes de vitesse de six galaxies évoluant à une époque où l'Univers avait seulement 3.5 milliards d’années. Elles furent sélectionnées car elles évoluent à une époque connue pour produire des étoiles à un taux très élevé (50 à 200 fois plus que de nos jours) et dont la masse visible (baryonique) est à peu près similaire à celle de la Voie Lactée. En théorie, selon leurs interactions, elles pourraient donc évoluer vers la forme d'une spirale serrée, une spirale barrée ou vers la forme elliptique; elles représentent donc un échantillon représentatif de l'évolution galactique.

A gauche, les courbes de rotation d'une galaxie proche (M31) et d'une galaxie lointaine dénommée UDFJ033237-274751 évoluant dans un Univers âgé de seulement 3.5 milliards d'années. Ainsi qu'on le constate, à une l'époque très ancienne, l'effet de la matière sombre (en bleu) n'influençait pas autant la vitesse de rotation des galaxies qu'aux époques plus récentes. A droite, proportion de matière sombre (1.0=100 %) à la moitié de la distance du rayon observable des galaxies en fonction de leur vitesse de rotation. Les galaxies étudiées par Genzel et son équipe sont représentées par les cercles bleus. De toute évidence, la matière baryonique dominait fortement dans ces galaxies contrairement à ce qu'on observe notamment dans la Voie Lactée et les galaxies formées plus récemment. Documents R.Genzel et al. (2017) adaptés par l'auteur.

Grâce aux spectrographes SINFONI (Spectrograph for INtegral Field Observations in the Near Infrared) et KMOS (K-band Multi-Object Spectrograph), les chercheurs ont étudié la raie de l'Hydrogène α et montré que la vitesse de rotation de cet élément (qui est décalé dans l'infrarouge en raison de l'effet Doppler) dans le disque de ces galaxies s'explique parfaitement par la masse de matière visible, sans devoir recourir à de grandes quantités de matière sombre. Pour deux des six galaxies étudiées, la proportion de matière noire est même qualifiée de "négligeable".

Comme on le voit sur les graphiques ci-dessus, à l'inverse des galaxies "proches", les courbes de rotation de ces galaxies très lointaines et très anciennes décroissent rapidement  en fonction du rayon galactique, rejoignant presque la loi de Kepler (en 1/r2). Pour certaines galaxies, la vitesse de rotation tombe à 30 % de la vitesse de rotation maximale mesurable à la plus grande distance au noyau.

Si certaines galaxies proches présentent également des courbes de rotation décroissantes, notamment des galaxies compactes ou possédant un bulbe massif, leur vitesse de rotation n'est jamais inférieure à 80 % de la vitesse maximale.

Bien qu'il soit trop tôt pour proposer une théorie à la fois compatible avec le modèle ΛCDM et qui explique ce "manque" de matière sombre à grande distance, Reinhard Genzel et ses collègues ont proposé deux hypothèses :

- En admettant que la plupart des galaxies massives de cette époque sont dominées par la matière baryonique (ordinaire), la matière noire serait bien présente mais très diffusée et beaucoup moins dense que le gaz interstellaire ou celui des étoiles, d'où la difficulté de la mesurer.

- Ces galaxies ancestrales contenant des étoiles très massives, les disques de ces galaxies seraient beaucoup plus turbulents que les disques des galaxies formées tardivement (celles qu'on observe jusqu'à quelques centaines de millions d'années-lumières). Cette turbulence aurait ralenti la vitesse de rotation de la matière ordinaire et d'autant plus dans les régions où la matière noire est diffuse. Ce phénomène de freinage serait plus prononcé à mesure qu'on se rapproche de l'époque primordiale.

Reste à tester et démontrer ces belles théories en analysant d'autres galaxies du champ très profond.

Pour s'assurer que ces six galaxies ne sont pas un cas exceptionnel comme on l'imagine a priori, les astronomes ont également étudié une centaine d'autres galaxies de même type mais à basse résolution et confirment que cet effet est commun à cette époque ancestrale. Selon Grenzel et ses collègues, il faut en déduire que 3 à 4 milliards d’années après le Big Bang, le gaz contenu dans les galaxies en cours de formation était peu turbulent et s'était déjà condensé efficacement dans le disque tandis que la matière noire formait un halo beaucoup plus vaste et diffus autour d'elles. Ce n'est qu'au terme de plusieurs milliards d’années de brassage et d'interactions que cette matière noire s'est concentrée pour finir par dominer les galaxies qu'on observe aujourd'hui à plus courte distance, provoquant une accélération de leur vitesse de rotation.

Cette découverte est importante car elle permet de mieux comprendre comment se sont formées les galaxies et de quelle manière la matière sombre est progressivement intervenue dans ce processus en devenant finalement le facteur dominant de leur dynamique à long terme.

Dix fois plus de galaxies que prévu dans la sphère observable

Selon les résultats d'une étude publiée le 14 octobre 2016 dans l'Astrophysical Journal, Christopher J. Conselice de l'Université de Nottingham et son équipe ont estimé que "le nombre de galaxies que l'on peut observer aujourd'hui grâce à la technologie HUDF (acronyme de Hubble Ultra-Deep Field) est de l'ordre de 2.47 ±0.4 x 1011 soit environ 250 milliards de galaxies, sans tenir compte du facteur d'amplification des lentilles gravitationnelles et de l'extinction par le gaz et la poussière". Cela comprend toutes les galaxies jusqu'au décalage Doppler z~8 soit environ 13 milliards d'années-lumière.

Une petite région du ciel profond de l'hémisphère Sud photographiée par le Télescope Spatial Hubble. A gauche, une mosaïque d'images HD (le fichier de 18 mégapixels occupe 8 MB) prises avec la caméra ACS en 2004 et WFC3 en 2010 utilisées dans la cadre du sondage GOODS. Le champ s'étend sur 10' soit un tiers du diamètre de la Lune. L'image comprend environ 7500 galaxies identifiables dont les plus rouges se situent à environ 13 milliards d'années-lumière. A droite, une mosaïque de trois panneaux (la partie gauche est dans le tiers supérieur) publiée en 2016 (fichier de 16 MB). Documents NASA/ESA/STScI et al. et NASA/ESA/GOODS et al.

Toutefois, grâce au sondage GOODS, Conselice et ses collègues ont calculé "qu'il existe 2.0 ±0.6 x 1012 galaxies dans l'Univers jusqu'à z=8 qu'on pourrait en principe observer". Cela représente 2 trillions de galaxies jusqu'à ~13 milliards d'années-lumière ! Cela signifie que la sphère observable contient 10 fois plus de galaxies que prévu mais elles sont trop pâles pour être visibles. Il faudra attendre de disposer de télescopes de plus grands diamètres pour les photographier. Cela implique que les astronomes n'ont détecté que 10% de la population réelle des galaxies, sans compter celles qui résident au-delà de l'horizon cosmologique.

Modèle d'ionisation de l'hydrogène des galaxies primordiales

Dans deux études publiées en septembre 2016 (cf. art.1 et art.2) Naveen A. Reddy de l'Université de Californie à Riverside (UCR) et ses collègues ont développé un modèle permettant de prédire le degré d'ionisation de l'hydrogène des galaxies primordiales (vers z=3 ou 2 milliards d'années après le Big Bang) sur base de leur rougissement spectral. Indirectement, ce modèle peut être utilisé pour fixer une contrainte sur le taux de production des photons ionisés à l'époque de la réionisation cosmique et mieux estimer la quantité de rayonnement qui s'est échappée durant les Âges Sombres. Il est important de le savoir car rappelons que c'est durant les Âges Sombres que se sont formées les galaxies.

Des étoiles de Population III et un trou noir par effondrement direct dans le quasar CR7

Cela fait des décennies que les astronomes ont supposé l'existence d'une première génération d'étoiles issue de la matière originelle créée lors du Big Bang. Tous les éléments lourds (c'est-à-dire plus lourd que l'hydrogène, tels l'oxygène, l'azote, le carbone, etc, jusqu'au fer) essentiels à la vie ont été créés à l'intérieur des étoiles. Cela signifie que les premières étoiles étaient constituées des seuls éléments précurseurs, à savoir l'hydrogène, l'hélium, et quelques traces de lithium.

Ces étoiles de Population III auraient été gigantesques, des centaines, voire des milliers de fois plus massives que le Soleil, elles étaient excessivement chaudes et éphémères. En raison de leur masse, elles ont explosé en supernovae après seulement deux millions d'années d'existence. Mais jusqu'à présent, aucune réelle preuve matérielle n'était venue étayer l'hypothèse de leur existence.

Illustration artistique du quasar CR7. Document ESO.

L'astrophysicien David Sobral de l'Institut d'Astrophysique et des Sciences Spatiales de l'Université de Leyde (Leiden) aux Pays-Bas et ses collègues ont utilisé le télescope VLT de 8.20 m pour sonder l'Univers primordial et remonter à l'époque de la réionisation, soit quelque 800 millions d'années après le Big Bang.

Plutôt que d'étudier une infime partie du ciel profond, avec ses collègues astronomes ils ont étendu leur champ d'observation et produit le sondage galactique le plus vaste jamais réalisé. Cette étude fit appel à toute la puissance des télescopes Keck, Subaru et au Télescope Spatial Hubble.

C'est au cours de cette étude que l'équipe a découvert le quasar CR7 (COSMOS Redshift 7) situé à 12.9 milliards d'années-lumière (z=7), un objet trois fois plus brillant que la galaxie primitive la plus lumineuse connue à ce jour !

Grâce aux instrumentations scientifiques équipant le VLT, les astronomes ont détecté une forte émission de la raie de l'hydrogène alpha et surtout la raie d'émission inattendue de l'hélium ionisé HeII à 164 nm au coeur de cet objet et, curieusement mais très révélateur, aucun signe de la présence d'éléments plus lourds. Or cette raie He II ne peut être émise que par un gaz porté à environ 100000 K irradié par un intense rayonnement UV. Autrement dit, selon Sobral et ses collègues, ils auraient découvert le premier véritable indice de l'existence d'amas d'étoiles de Population III responsables de l'ionisation du gaz contenu dans ce jeune quasar primitif. Cette découverte fut publiée le 17 juin 2015 sur le site de l'ESO.

Sobral et ses collègues ont également observé au sein de CR7 des amas d'étoiles de couleur plus bleue, parfois plus rouge, suggérant que les étoiles de Population III sont apparues par vagues successives – comme cela avait été prédit.

L'équipe a également observé la toute dernière vague d'étoiles de Population III. Ces étoiles massives et brillantes étaient encore récemment considérées comme des astres théoriques sont à l'origine de la création des tous premiers éléments lourds qui entrent dans la composition des étoiles de 2eme et 3eme génération qui peuplent aujourd'hui l'univers ainsi que de leurs cortèges planétaires et de la vie telle que nous la connaissons.

Ces étoiles seraient donc plus faciles à détecter qu'on le pensait jusqu'ici : elles résident parmi les étoiles ordinaires, au sein de galaxies brillantes, et pas seulement au cœur des galaxies primordiales de tailles réduites et de luminosités plus faibles, si faibles que leur étude s'avérait a priori extrêmement compliquée.

Mais comme nous l'avons expliqué à propos des différents types de trous noirs, une autre théorie a été proposée par Volker Bromm et ses collègues. Dans une étude publiée dans les MNRAS en 2016, ils proposent que CR7 serait le premier objet dans lequel un trou noir supermassif se formerait par effondrement direct (une théorie que les mêmes auteurs avaient déjà proposée en 2003 sur base de simulations de CR7). Depuis cette annonce, d'autres candidats au titre de trous noirs par effondrement direct ont été annoncé dans les MNRAS. Dans ce cas, il s'agirait d'une nouveau type de trou noir supermassif mais ne se serait formé que dans l'univers primordial.

Localisation de l'étoile 2MASS J18082002–5104378. Doc ESO.

Une nouvelle étoile UMP de la Vieille Population II

Début 2016, une équipe d’astronomes brésiliens et américains conduite par Jorge Melendez de l’Université de São Paulo ont utilisé deux télescopes VLT de l'ESO pour découvrir une nouvelle étoile pauve en métaux cataloguée 2MASS J18082002–5104378. Il s'agit de l'une des rare reliques de l’époque de la formation de la Voie lactée.

Cette étoile serait âgée entre 12 et 13 milliards d'années. Elle présente une température effective de 5440 K et brille à la magnitude de 11.9.

Comme BPS CS22892-0052 (l'étoile de Sneden), cet astre appartient à la famille des étoiles UMP ou Ultra-Metal Poor, très pauvres en métaux. Elle présente une métallicité [Fe/H] = -4.1 dex soit 12589 fois moins de métaux que le Soleil (où [Fe/H] = 0), voisin de celui des étoiles de Population III où [Fe/H]  ~ -5. Très rares aujourd'hui, elles permettent aux astrophysiciens d'en savoir plus sur leur formation et indirectement comment était l’Univers durant sa phase primordiale.

Les galaxies DOGs

Une équipe internationale d'astronomes dirigée par Yoshiki Toba de l'Université Ehime du Japon a annoncé le 16 août 2015 avoir découvert 48 nouvelles Galaxies Obscurcies par la Poussière ou DOGs.

Ces observations ont été réalisées en lumière blanche et infrarouge grâce au télescope Subaru de 8.2 m (équipé de la caméra HSC de 870 Mpixels) de la NOAJ, du télescope VISTA de 4.1 m de l'ESO (sondage VIKING ou Kilo-degree Infrared Galaxy survey) et du télescope orbital WISE de 0.4 m (Wide-field Infrared Survey Explorer) de la NASA en orbite depuis 2009.

Les DOGs sont très pâles en lumière visible car une grande quantité de poussière obscurcit leur silhouette. En revanche, elles sont très brillantes en infrarouge et on suspecte les plus lumineuses d'abriter un trou noir supermassif en croissance rapide dont la masse atteindrait des centaines de milliers et même des milliards de fois celle du Soleil (cf. l'article sur les trous noirs).

La plupart des DOGs apparaissent telles qu'elles étaient à une époque où le taux de formation stellaire atteignait son pic, il y a 8 à 10 milliards d'années. De ce fait, les DOGs et leur trou noir ont rapidement grossi dès la première phase de leur co-évolution. Toutefois, du fait que les DOGs sont rares et cachées derrière d'importants halos de poussières, la plupart sont restées invisibles dans les sondages effectués en lumière blanche.

A gauche, images de 3 DOGs. Les images de gauche, du centre et de droite ont respectivement été enregistrées en lumière blanche par le télescope Subaru équipé de la caméra Hyper Suprime (HSC) de 870 Mpixels, proche infrarouge par le télescope VISTA (sondage VIKING) et en infrarouge moyen par WISE. L'image couvre un champ de 20" carrés. A droite, illustration d'une DOG. Documents U.Ehime/NAOJ/NASA/ESO et Aurore Simonnet/NASA/U.Sonoma.

Les recherche des DOGs a réellement débuté en 2012, lorsque le télescope japonais Subaru de 8.2 m fut équipé de la caméra Hyper Suprime-Cam (HSC) de 870 Mpixels capable d'enregistrer en une seule prise de vue un champ de 1.5° de diamètre.

Jusqu'à présent les astronomes avaient découvert une poignée de DOGs dont la luminosité en infrarouge oscille entre 10 et 10 000 milliards de soleils.

En mars 2014, un ambitieux programme de recherche des DOGs débuta s'étendant sur 300 nuits réparties sur 5 ans grâce auquel 48 DOGs ont été découvertes. Cela permit pour la première fois d'estimer le nombre de densité à environ 300 DOGs par gigaparsec cube pour les individus les plus lumineux (~1014 L), sachant qu'il pourrait en exister quelques dizaines brillant en infrarouge comme 100 000 milliards de soleils. Les modèle prédisent qu'il devrait exister plus de 500000 DOGs mille fois plus pâles (1011 L) par gigaparsec cube et donc probablement autant de trous noirs.

Ces découvertes devraient aider les astrophysiciens à comprendre la co-évolution des galaxies et des trous noirs qu'elles abritent dès leur formation.

Deuxième partie

IC 1101, la galaxie la plus grande et la plus massive de l'Univers

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