Beaucoup de gaz froid dans les galaxies de l`Univers

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Paris, le 8 février 2010
Communiqué de presse
Sous embargo jusqu’au mercredi 10 février 2010, 19 heures
Une équipe internationale d’astronomes1 a réussi à montrer que quelques milliards d’années après
le Big Bang, lorsque l’Univers n’avait qu’un tiers de son âge actuel, les galaxies massives formant
des étoiles contenaient cinq à dix fois plus de gaz froid que celles d’aujourd’hui. Réalisées grâce à
l’interféromètre de l’Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM ; INSU-CNRS, MPG, IGN)2, ces
observations de grandes quantités de matière froide, élément clef dans la formation stellaire,
expliquent directement les productions gigantesques d’étoiles à ces époques reculées. Ce résultat
est publié dans la revue Nature du 11/02/2010.
« C’est la première fois que nous détectons et obtenons des images du gaz moléculaire froid dans des
galaxies, typiques des populations de galaxies massives, quelques 3 à 5 milliards d’années après la
naissance de l’Univers» a déclaré Linda Tacconi (Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics),
principal auteur de l’article3.
Ces dix dernières années, les astronomes ont établi un cadre général expliquant la formation et l’évolution
des galaxies lorsque l’Univers n’avait que quelques milliards d’années. Le gaz s’est refroidi et s’est
accumulé dans de mystérieuses concentrations de matière appelées « halos de matière noire ». Depuis, le
gaz provenant de ces halos a continué à s’accréter sur les proto-galaxies. Les collisions et les fusions
successives de ces galaxies ont ensuite transformé les galaxies suivant le scénario d’évolution
hiérarchique. De façon surprenante, les proto-galaxies de type spiral, telle notre Voie Lactée, semblent
avoir formé des étoiles presque de manière continue avec des taux dix fois plus élevés que ce qui est
observé dans les galaxies spirales de l’Univers local. La question fondamentale est de savoir si ce taux
élevé de formation stellaire est plutôt dû à de larges réservoirs de gaz moléculaire froid (à partir desquels
les étoiles se forment) ou s’il était intrinsèquement plus important lorsque l’Univers était jeune.
1 Font partie de cette équipe:
P.Cox, R.Neri (IRAM, France), F.Combes (Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique ; INSU-CNRS,
Observatoire de Paris, Université Pierre et marie Curie, Université de Cergy Potoise, Ecole Normale Supérieure), N. Bouché, N.M.
Förster Schreiber, R. Genzel, J.Gracia-Carpio, D. Lutz, L.J. Tacconi (Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics, Garching,
Germany)M.C.Cooper, B.Weiner (University of Arizona, USA), K.Shapiro, J.Comerford, M.Davis (University of California, Berkeley,
USA), A.Bolatto (University of Maryland, USA), F.Bournaud (Astrophysique interactions multi-échelles ; INSU-CNRS, CEAFrance,
Université Paris Diderot), A.Burkert, T.Naab (University of Munich (LMU) and Excellence Cluster, Munich, Germany), S.Garcia-
Burillo (Madrid Observatory (OAN), Madrid, Spain), A.Omont (IInstitut d’Astrophysique de Paris, INSU-CNRS, Université Pierre et
Marie Curie), A.E. Shapley (University of California, Los Angeles, USA), A. Sternberg (Tel Aviv University, Israel). R.Genzel is also
associated with the Physics Department at the University of California, Berkeley (USA).
2 L’Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM) a été fondé par le Centre National de la Recherche Scientifique en France et
la Max-Planck-Gesellschaft en Allemagne, rejoints par l’Instituto Geográfico Nacional en Espagne. Son siège social est à
Grenoble, un radiotélescope de 30 m de diamètre au Pico Veleta en Espagne, un interféromètre de 6 antennes de 15 m de
diamètre sur le Plateau de Bure dans les Hautes-Alpes françaises. Pour plus d’informations sur l’IRAM et l’interféromètre du
Plateau de Bure : http://www.iram-institute.org/
3 High molecular gas fractions in normal massive star forming galaxies in the young Universe par Linda Tacconi et al. Nature
11/02/2010).
Beaucoup de gaz froid dans les galaxies de l’Univers jeune

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Un grand programme d’observations utilisant l’interféromètre du Plateau de Bure, dédié à l’étude de
galaxies lointaines, lumineuses et formant des étoiles, a permis de répondre à cette question en mesurant
directement le gaz froid dans ces galaxies. Ce programme a profité des récents développements et
progrès qui ont amélioré la sensibilité des systèmes de réception de l’interféromètre. « Ces avancées
représentent un véritable défi technologique » explique Pierre Cox, directeur de l’IRAM et co-auteur de
l’article. Le premier relevé systématique des propriétés de la matière froide (tracée par l’intermédiaire du
monoxyde de carbone) a donc été possible dans un grand ensemble de galaxies « normales », situées à
des époques reculées, alors que les observations précédentes n’avaient été effectuées que pour des
objets exceptionnellement lumineux tels que des quasars ou des galaxies en train de fusionner.
« Lorsque nous avons commencé ces observations il y a un an de cela » raconte Linda Tacconi, « nous
n’étions pas sûrs de détecter quoi que ce soit ! En fait, les résultats ont dépassé nos pronostics les plus
optimistes. Nous sommes en mesure aujourd’hui de démontrer que les galaxies « normales » possédaient
de cinq à dix fois plus de gaz froid à ces époques reculées qu’aujourd’hui. Etant donné que ces galaxies
formaient des étoiles à un taux élevé durant de longues périodes de temps, il s’ensuit que le gaz à partir
duquel ces étoiles se forment a du être constamment réapprovisionné par l’accrétion du gaz froid des
filaments cosmiques, en parfait accord avec les récents travaux théoriques.»
D’autres résultats importants de ces observations sont les premières images résolues de la distribution et
de la vitesse de cette matière froide dans plusieurs de ces galaxies. Françoise Combes (Laboratoire
d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique, Observatoire de Paris, INSU-CNRS), co-
auteur de l’article et experte dans la dynamique des galaxies, se réjouit : « Ces données sont fantastiques.
Elles montrent de manière claire la présence de disques de gaz très massifs dans ces jeunes galaxies. Il
semblerait que l’efficacité à former des étoiles dans ces systèmes n’était pas très différente de celle des
galaxies d’aujourd’hui. Tout simplement, à ces époques reculées il y avait beaucoup plus de gaz froid, ce
qui explique les taux de formation stellaire élevés qui nous ont tellement intrigué pendant de nombreuses
années. »
L’observation détaillée du gaz froid joue un rôle essentiel pour comprendre les mécanismes complexes à
l’œuvre dans l’évolution des galaxies, des protogalaxies jusqu’aux galaxies actuelles, telles que notre
propre Voie Lactée. « Le relevé effectué grâce à l’interféromètre du Plateau de Bure a ouvert une voie
entièrement nouvelle pour étudier les premières galaxies et il est clair que nous n’en sommes qu’au tout
début. » dit Pierre Cox.
Contacts
Chercheurs :
Pierre Cox. IRAM. Tél. : [phone] ; Courriel : [e-mail]
Communication INSU-CNRS :
Philippe Chauvin. Tél. : [phone] ; Courriel : [e-mail]
Contact presse :
Karin Zacher. IRAM. Tél. : [phone]. Courriel : [e-mail]

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Les récents développements ont encore augmenté la sensibilité de l’interféromètre du Plateau de Bure, l’un des
radiotélescopes les plus performants au monde. © photo : Caroline Rose. IRAM. INSU-CNRS.
L’
une des galaxies observées, nommée EGS 1305123 : à gauche l’image prise dans le domaine optique par Hubble, à droite l’image
dans le domaine millimétrique obtenue avec l’interféromètre du Plateau de Bure (en rouge) est superposé à l’image en band I (en
gris). © MPE/IRAM.