Astronomie

Comment pouvons-nous être à 13,2 milliards d'années-lumière d'une autre galaxie ?

Comment pouvons-nous être à 13,2 milliards d'années-lumière d'une autre galaxie ?

Comment avons-nous obtenu 13,2 milliards d'années-lumière des galaxies lointaines découvertes avec Hubble ?

Si nous avons tous commencé à proximité les uns des autres au Big Bang, et que nous avons tous voyagé plus lentement que la vitesse de la lumière, et que l'univers a environ 13,9 milliards d'années, comment pourrions-nous être à 13,2 milliards d'années-lumière des galaxies récemment découvertes ?

Je sais que "l'inflation" était censée être supraluminique, mais je parie que personne ne pense que la matière s'est dispersée à plusieurs milliards d'années-lumière au cours de cette opération.


La distance à laquelle vous faites référence est la "distance parcourue par la lumière". C'est le temps que la lumière a parcouru depuis la galaxie lointaine jusqu'à nous.

Lorsque la lumière a été émise, notre Galaxie était beaucoup plus proche de cette galaxie lointaine. Ce qui s'est passé entre-temps, c'est que l'espace entre les galaxies s'est agrandi.

De plus, nous pouvons nous demander où est cette galaxie juste à présent (où à présent est une mesure du temps depuis le big bang) et il s'avère que la galaxie serait beaucoup plus éloignée que 13,2 milliards d'années-lumière - plutôt 40 milliards d'années-lumière si vous deviez mesurer cette distance avec une très longue règle.


Ne considérez pas l'inflation comme un mouvement super luminal de notre galaxie par rapport aux autres. Pensez aux « trucs » qui font que l'espace-temps entre les galaxies augmente simplement (c'est l'inflation). Cela fait que la lumière voyage à travers de plus en plus de « trucs » au fur et à mesure que le temps passe.

Imaginez un bloc d'espace-temps A, et un autre B, l'un à côté de l'autre au début du Big Bang. Ajoutez ensuite d'autres blocs d'espace-temps entre eux. Vous ne penseriez pas que les objets dans l'espace-temps A et B ont réellement bougé. Une analogie vraiment basique serait deux boules de billard côte à côte avec une fourmi sur chacune. Les fourmis ne peuvent se rendre à la boule suivante qu'en marchant sur les boules (ignorer le sol). Imaginez ensuite le même scénario, mais vous ajoutez une autre balle entre eux. Les fourmis n'ont pas bougé sur les balles, mais elles devraient maintenant voyager plus loin pour atteindre la balle sur laquelle se trouve l'autre fourmi. Les boules dans l'exemple représenteraient l'espace-temps et les fourmis n'importe quelle galaxie/étoile.


Hubble voit des galaxies infantiles au bord de l'univers

Voici deux choses que j'aime en matière d'astronomie : une image Hubble vraiment cool et un mystère. Lorsque vous les combinez, eh bien, vous êtes sur quelque chose de très cool en effet. Et c'est exactement ce que j'ai ici pour vous.

Tout d'abord, l'image : une photographie de Hubble incroyablement profonde montrant des milliers de galaxies comme des grains de sable sur la plage :

Photo de la NASA, de l'ESA, de G. Illingworth (Université de Californie–Santa Cruz), de P. Oesch (Université de Californie–Université de Santa Cruz Yale), de R. Bouwens et I. Labbé (Université de Leiden) et de l'équipe scientifique

J'ai dû rétrécir beaucoup cette image pour qu'elle tienne ici. Je vous recommande vivement d'obtenir une version plus haute résolution (en particulier la version 3000 x 2400 pixels). Parce que voir tous ces points ? Ce ne sont pas des étoiles. ce sont des galaxies. Des milliers d'entre eux. Hubble a regardé le même endroit dans la constellation d'Ursa Major pendant des heures, et il est venu avec cette image phénoménale.

Et ce qu'il a également trouvé, en fait, était un mystère. Dans l'image se trouvent quatre gouttes encerclées, chacune très rouge et surlignée à nouveau à droite, vous voudrez peut-être saisir la grande image pour mieux la voir. Voici l'un d'entre eux, appelé GNDJ-625464314 (je l'appellerai GNDJ-625 pour faire court) en détail :

Encore une fois, je vous le rappelle, presque tout ce que vous voyez ici est une galaxie, une vaste collection de milliards d'étoiles. GNDJ-625 est encerclé et j'en insère une photo agrandie en bas à gauche. C'est une galaxie, comme le sont les trois autres dans la grande image. Vous pouvez dire tout de suite qu'ils sont extrêmement éloignés que la couleur rouge est due à leur décalage vers le rouge, causé par la perte d'énergie de leurs photons alors qu'ils se frayent un chemin jusqu'à nous contre l'expansion de l'Univers lui-même (j'ai une explication plus détaillée à ce sujet dans un autre article sur les galaxies lointaines).

Et il s'avère que les quatre sont vraiment ridiculement loin de la Terre GNDJ-625 est quelque chose comme 13.2 milliard à des années-lumière. En d'autres termes, nous le voyons alors que l'Univers lui-même n'avait que 600 millions d'années environ.

Notre galaxie a bien plus de 10 milliards d'années, à titre de comparaison. La galaxie sur cette photo est un petit bébé.

Mais c'est bruyant. Le télescope spatial Spitzer a été utilisé pour déterminer la quantité d'énergie émise par ces galaxies, et il s'avère qu'elles sont brillantes. Très, très brillantes, si brillantes qu'elles doivent produire de nouvelles étoiles à un rythme prodigieux, peut-être 50 fois plus vite que notre propre galaxie de la Voie lactée n'en produit actuellement. C'est incroyablement prolifique. GNDJ-625 lui-même n'a qu'environ 1/20e de la taille de la Voie lactée, donc ces étoiles, plus d'un milliard d'entre elles, sont entassées assez étroitement les unes contre les autres. Toutes ces jeunes étoiles chaudes émettent des radiations, c'est pourquoi nous pouvons voir cette galaxie à une distance aussi époustouflante.

Cela signifie à son tour que les galaxies doivent croître rapidement, peut-être par accumulation gravitationnelle de gaz ou par fusion avec d'autres petites galaxies. Mais étant donné leur jeune âge, ils ont dû le faire à un rythme fantastique pour devenir aussi grands et brillants que nous les voyons.

Et on ne sait pas du tout comment cela pourrait arriver. Il est également étrange que quatre se trouvent si près les uns des autres dans le ciel qu'il semble peu probable que cela se produise. C'est peut-être un coup de chance statistique, ou peut-être qu'il se passe plus de choses que nous ne le comprenons à première vue.

Je parierai toujours sur ce dernier.

Mais c'est la beauté de sonder aussi loin que nous pouvons voir, nous pouvons tester les limites littérales de nos connaissances, pousser les mathématiques et la physique pour voir si nous pouvons comprendre ce qui se passe. Les choses vraiment intéressantes ont tendance à s'attarder sur les bords extérieurs de ce que nous pouvons faire, et ce sont ces choses qui fournissent tellement de poids lorsque nous testons notre hypothèse avec eux. Nous avons une bonne compréhension de la façon dont les galaxies atteignent une taille énorme (comme notre Voie lactée) aujourd'hui, mais quand ont-elles commencé ce voyage ? À quelle vitesse poussaient-ils dans le passé, quel matériel était à leur disposition, quelle était la densité des galaxies et des étoiles à l'intérieur ? Était-ce quelque chose à l'intérieur d'eux qui a conduit à cette croissance, ou quelque chose dans leur environnement autour d'eux ? Ou les deux?

Ces objets nous aideront à comprendre tout cela. Les observations ici font partie d'une enquête appelée GOODS, pour Great Observatories Origins Deep Survey, spécialement conçue pour rechercher les galaxies les plus faibles aux distances les plus difficiles, pour trouver ce qu'elle pourrait trouver.

Je m'attends à ce que beaucoup, beaucoup plus de connaissances soient découvertes dans ce coffre au trésor de galaxies. C'est drôle de penser que dans une enquête qui va si terriblement en profondeur, nous n'avons fait qu'effleurer sa surface.


Un autre record : une image ultra-profond révèle une galaxie ultra-lointaine

, ce qui en fait non seulement la galaxie la plus éloignée, mais aussi l'objet existant le plus éloigné jamais détecté ! Voici l'objet en question :

La petite case montre l'emplacement de la galaxie, qui est invisible à l'œil nu sur l'image. La région agrandie le montre dans l'infrarouge, où il brille plus fortement. [REMARQUE : permettez-moi d'être clair et de dire qu'il s'agit d'une galaxie candidate, car elle n'a pas été confirmée à l'aide d'autres méthodes de détermination de distance. Cependant, après avoir lu l'article, je pense que les astronomes ont fait un excellent travail en montrant qu'il s'agit très probablement d'une galaxie distante de 13,2 giga-années-lumière. À partir de maintenant, je m'y référerai comme si c'était réel, mais pour être juste, gardez à l'esprit qu'il y a une petite chance qu'il ne s'avère pas réel.] Nommée UDFj-39546284, la galaxie est vue comme elle était à peine 480 millions d'années après la formation de l'Univers lui-même ! Le précédent détenteur du record, annoncé en octobre dernier, se trouvait à 13,1 milliards d'années-lumière. Cette nouvelle galaxie bat celle de 120 millions d'années-lumière, une quantité substantielle. Remarquez que ces galaxies se sont formées peu de temps après le Big Bang, qui s'est produit il y a 13,73 milliards d'années. Nous pensons que les toutes premières galaxies ont commencé à se former 200 à 300 millions d'années après le Bang, si cela est correct, nous ne verrons aucune galaxie à plus de 13,5 milliards d'années-lumière. Passer de 13,1 à 13,2 milliards d'années-lumière représente un grand saut vers cette limite ultime !

La galaxie a été découverte dans le champ infrarouge ultra-profond de Hubble, ou HUDF, une observation incroyable où Hubble a pointé une parcelle de ciel et l'a regardée pendant 173 000 secondes : 48 heures solides ! Après que la caméra à champ large 3 de Hubble l'ait observé, ce morceau de ciel prétendument vierge s'est animé avec des milliers et des milliers de galaxies lointaines, et en fait la dernière galaxie record a été trouvée dans l'image. L'image ici montre l'ensemble de l'image HUDF, avec la première image en haut de cet article décrite. Cliquez dessus pour le voir en taille réelle, et vous commencerez à comprendre à quel point ces observations sont difficiles. Le ciel est plein de faibles galaxies ! Cette nouvelle découverte a été trouvée en utilisant ce qu'on appelle la technique du décrochage. Cela fonctionne d'une manière intelligente : les étoiles chaudes à l'intérieur d'une galaxie peuvent produire de la lumière ultraviolette qui peut ioniser l'hydrogène, c'est-à-dire retirer l'électron d'un atome d'hydrogène. Donc, s'il y a un nuage d'atomes d'hydrogène entre vous et une galaxie remplie d'étoiles aussi chaudes, la lumière UV que vous voyez de cette galaxie est absorbée facilement par ce gaz, et vous ne voyez pas la galaxie. Cependant, la lumière visible peut traverser le gaz, donc si vous utilisez des filtres pour observer la galaxie, vous la verrez dans le filtre rouge, le filtre vert, le filtre bleu, mais alors éclatez ! Dans le filtre UV, il n'y en a plus. La galaxie est tombée hors de vue. Le fait est que, parce que l'Univers est en expansion, la lumière d'une galaxie lointaine devient rouge - littéralement, la lumière que nous en voyons a une longueur d'onde plus longue, semblable à la façon dont le son d'une voiture qui recule baisse en hauteur - et plus loin loin d'une galaxie, plus sa lumière se déplace. S'il est à la bonne distance, le décrochage se produit dans le filtre bleu (ainsi que dans les UV), car la lumière UV émise par la galaxie est passée au bleu. Une galaxie plus éloignée verra sa lumière UV déplacée vers le vert, de sorte que la galaxie est désormais invisible dans les filtres UV, bleu et vert, etc. Cela devient un moyen pratique de mesurer la distance d'une galaxie ! Tout ce que vous avez à faire est de l'observer dans un tas de filtres et de voir dans lequel il disparaît. Bien que ce soit un peu grossier - vous ne pouvez pas obtenir une distance exacte, juste une estimation approximative - cela fonctionne assez bien pour trouver les galaxies les plus éloignées. Des milliers de galaxies lointaines ont été trouvées de cette façon, confirmées plus tard à l'aide de techniques plus sophistiquées, précises et sensibles.

Et c'est ce que ces astronomes ont fait. L'image ci-dessus montre UDFj-39546284 dans divers filtres du champ profond, l'image de gauche est la lumière visible et les trois suivantes dans les filtres du proche infrarouge. Vous pouvez voir la galaxie apparaître soudainement dans le filtre H, à une longueur d'onde de 1,6 micron (un peu plus du double de la longueur d'onde que l'œil peut détecter). Ils ont analysé soigneusement la lumière dans ce filtre, s'assurant que la galaxie est bien réelle et non une fluctuation aléatoire dans le bruit de fond, une étoile proche ou une galaxie plus proche se faisant passer pour une plus éloignée. Le fait que la galaxie ne soit pas vue dans les filtres de longueur d'onde plus courte signifie que toute sa lumière doit être décalée vers le rouge d'un facteur d'environ 11,3 (ce que les connaisseurs appellent z = 10,3 * ), ce qui signifie que la longueur d'onde a été étirée d'autant . En utilisant des modèles de l'expansion et de l'âge de l'Univers, les astronomes pourraient alors déterminer sa distance de 13,2 milliards d'années-lumière. En fait, ils ont trouvé plusieurs autres galaxies dans le HUDF à de grandes distances, mais aucune jusqu'à UDFj-39546284. Ces autres galaxies sont à des décalages vers le rouge d'environ z = 8, ce qui les place à un peu plus de 13 milliards d'années-lumière, ce qui est encore très, très loin. Permettez-moi de noter que cette recherche n'a pas été faite uniquement pour battre un record. Il y a une vraie science ici, et une science importante. La luminosité de la galaxie reflète le nombre d'étoiles qui s'y forment, donc comparer les galaxies à z = 8 et 10,3 nous indique comment l'Univers changeait au fil du temps lorsqu'il était jeune. Ce qui a été découvert, c'est que le taux de formation d'étoiles a augmenté rapidement entre ces deux époques. C'est intéressant ! Nous savons que si nous commençons au présent et que nous remontons l'horloge en arrière, nous voyons des étoiles se former plus rapidement dans le passé qu'aujourd'hui. Mais si vous allez assez loin en arrière, cette tendance s'inverse, et apparemment à un moment donné entre 480 millions et 600 millions d'années après que le taux de formation des étoiles du Big Bang ait vraiment atteint le gaz. Pour ainsi dire. Non seulement cela, mais le nombre de galaxies vues à cette distance énorme nous dira également comment les galaxies se sont formées. Au fur et à mesure que de plus en plus de ces galaxies sont détectées - en particulier avec le prochain télescope spatial James Webb, qui devrait les trouver par centaines ou plus - nous commencerons à comprendre à quoi ressemblait notre Univers quand il était très jeune. Tout cela fait partie de l'objectif ultime de comprendre l'Univers lui-même : comment il s'est formé, comment il a vieilli, ce qu'il y a à l'intérieur. et peut-être même si le Big Bang lui-même était un événement singulier, ou s'il pouvait y avoir d'autres univers là-bas – si nous faisions partie d'un plus grand métavers. Toutes ces réponses sont là, attendant d'être trouvées. Et plus nous regardons en profondeur, plus nous obtenons de réponses. ainsi que d'autres questions. Mais c'est pourquoi c'est si amusant ! Crédit image : NASA, ESA, Garth Illingworth (Université de Californie, Santa Cruz) et Rychard Bouwens (Université de Californie, Santa Cruz et Université de Leiden) et l'équipe HUDF09.

^* Ce n'est pas une faute de frappe z fait référence à un terme mathématique qui est le facteur de décalage vers le rouge réel moins 1. Cela rend les mathématiques plus faciles à utiliser de cette façon.


Vitesse de la lumière, espace et temps

Selon Google, nous avons repéré des galaxies jusqu'à 13,2 milliards d'années-lumière et l'univers lui-même n'a que 13,8 milliards d'années. Comment ces chiffres sont-ils si proches les uns des autres.

On découvre que les étoiles ont commencé à se former plus tôt que les estimations plus anciennes et que les galaxies se sont formées à partir d'étoiles plus rapidement que prévu. C'est juste de la bonne vieille science, des preuves empiriques affinant la théorie et les calculs.

La vitesse de la lumière est une vitesse constante. La vitesse est la distance divisée par le temps pour parcourir cette distance, v = x / t, x la distance. En astronomie, le x est remplacé par z, la profondeur. Ensuite, z = v * t, qui est utilisé pour calculer la distance linéaire de ce qui est observé, avec les grandes hypothèses que les paquets de photons incohérents se déplacent dans un "rayon", une ligne droite, et qu'ils se déplacent à une constante la vitesse.

Le sujet de la mesure de la distance dans l'univers physique est complexe et en constante évolution. Si vous regardez Carl Sagan ou lisez certains de ses livres, il fera référence à l'univers physique comme ayant 15 milliards d'années de référence pour la Terre. C'est ce qui était calculé dans les années 1980, en utilisant l'estimation de la variable Cepheid. Les 13,8 milliards proviennent de plus de raffinement dans plusieurs systèmes de mesure.

Les premières galaxies ont commencé à se former il y a environ 13,4 milliards d'années. Les photons émis par la première galaxie observée par Hubble ont voyagé pendant 13,4 milliards d'années pour atteindre la Terre, qui n'existait pas lorsque ces photons ont été émis.

Cela semble être un paradoxe relativiste, mais ce n'est pas le cas. Ce qui est observé optiquement n'est plus là. Cette galaxie a continué avec l'expansion de la matrice espace-temps. Ce qui est observé optiquement, c'est comme regarder une traînée de cierge magique, le cierge magique réel ayant été déplacé.

Ce qui semble être un paradoxe, c'est que nous observerons le CMB tel qu'il s'est formé à l'origine, et ce sera un petit point, mais dans notre présent relatif, il est mesuré à 46 milliards d'années-lumière, dans une sphère omnidirectionnelle à horizon des événements relativiste. autour de nous, la Terre.

Ceci est un diagramme pour représenter ce que nous voyons de l'univers physique dans le passé et à quoi ressemble l'univers physique dans le présent. La carte à gauche de la Terre, avec une distance linéaire, n'est plus là, s'étant étendue vers l'extérieur avec l'expansion de la matrice espace-temps, vers la droite. C'est dans notre présent, mais une grande partie de l'univers physique est dans un futur lointain, beaucoup des premières galaxies s'étant déplacées vers l'extérieur. C'est ce que Hubble observe avec l'Ultra Deep Field et le Deep Field. Ils ne sont pas les mêmes car il y a un décalage vers le bleu dans une direction relative à partir du répulsif dipôle.
Carte passée et présente de l'univers physique

"La distinction entre le passé, le présent et le futur n'est qu'une illusion obstinément persistante." - Einstein, 1955, peu de temps avant sa mort


Deathwatch sur une étoile géante rouge

Lorsqu'une étoile comme notre Soleil atteint la fin de sa vie - un destin auquel nous serons confrontés dans 5 milliards d'années - elle gonfle énormément, devenant une étoile géante rouge. Sa taille augmente jusqu'à ce qu'elle engloutisse tout ce qui se trouve dans l'orbite terrestre et commence à pulser, se dilater et se contracter à intervalles réguliers. Puis il s'installe, pour vivre le reste de ses années comme une naine blanche qui se refroidit lentement.

Nous avons 5 milliards d'années à attendre, mais les astronomes ont trouvé une étoile relativement proche passant par ce même processus : S Orionis, située dans la constellation d'Orion, et appartient à une classe d'étoiles variables de type Mira.

S Orionis palpite avec une période de 420 jours. Au cours de ce cycle, il change de luminosité d'un facteur de 500 % et change de diamètre de 20 %. Cela va de 1,9 à 2,3 fois la distance entre la Terre et le Soleil. Une autre façon de mesurer cela est entre 400 et 500 rayons solaires.

Au cours de ces pulsations, l'étoile libère une énorme quantité de poussière, qui se forme en anneaux concentriques autour de l'étoile et s'étend vers l'extérieur à une vitesse de 10 km/s (6 miles/s). Pendant la taille minimale de l'étoile, il y a plus de production de poussière et d'éjections de masse coronale, puis la coque se dilate, libérant le matériau dans l'espace.

Les astronomes ont étudié S Orionis avec l'interféromètre pour très grand télescope de l'Observatoire européen austral à l'observatoire de Paranal, au Chili, en utilisant ses quatre télescopes de 8,2 mètres et ses quatre télescopes de 1,8 mètre.


ALMA trouve l'oxygène le plus éloigné de l'univers

Peu de temps après le Big Bang Big Bang La théorie bien étayée selon laquelle il y a environ 13,8 milliards d'années, l'univers entier était incroyablement petit, chaud et dense. En une fraction d'instant, l'univers s'est étendu et continue de s'étendre à ce jour. , les premières générations d'étoiles ont commencé à modifier la composition chimique des galaxies primitives, enrichissant lentement le milieu interstellaire Milieu interstellaire La matière contenue dans les régions entre les systèmes stellaires d'une galaxie. Cette matière est généralement constituée de gaz, de poussière et de rayons cosmiques. avec des éléments de base tels que l'oxygène, le carbone et l'azote. Trouver les premières traces de ces éléments communs apporterait un éclairage important sur l'évolution chimique des galaxies, y compris la nôtre.

Nouvelles observations avec l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) Financé par la National Science Foundation des États-Unis et ses partenaires internationaux (NRAO/ESO/NAOJ), ALMA fait partie des systèmes astronomiques les plus complexes et les plus puissants. observatoires sur Terre ou dans l'espace. Le télescope est un réseau de 66 antennes paraboliques de haute précision dans le nord du Chili. révèlent la faible signature révélatrice de l'oxygène provenant d'une galaxie à une distance record de 13,28 milliards d'années-lumière. Années-lumière La distance parcourue par la lumière en un an dans le vide. Une année-lumière équivaut à environ six mille milliards de kilomètres. de la Terre, ce qui signifie que nous observons cet objet tel qu'il apparaissait lorsque l'univers n'avait que 500 millions d'années, soit moins de 4 % de son âge actuel.

Pour qu'une si jeune galaxie, connue sous le nom de MACS1149-JD1, contienne des traces détectables d'oxygène, elle doit avoir commencé à forger des étoiles encore plus tôt : à peine 250 millions d'années après le Big Bang. Ceci est exceptionnellement tôt dans l'histoire de l'univers et suggère que les environnements chimiques riches ont évolué rapidement.

"J'étais ravi de voir le signal de l'oxygène le plus éloigné", explique Takuya Hashimoto, l'auteur principal de l'article de recherche publié dans la revue Nature et chercheur à l'Université d'Osaka Sangyo et à l'Observatoire astronomique national du Japon.

"Cette galaxie extrêmement lointaine et extrêmement jeune a une maturité chimique remarquable", a déclaré Wei Zheng, astronome à l'Université Johns Hopkins de Baltimore, qui a dirigé la découverte de cette galaxie avec le télescope spatial Hubble et estimé sa distance. Il est également membre de l'équipe de recherche ALMA. « Il est vraiment remarquable qu'ALMA ait détecté une raie d'émission. Ligne d'émission Une raie brillante dans un spectre provoquée par l'émission de photons d'atomes. Les astronomes utilisent des radiotélescopes pour identifier des lignes d'émission spécifiques afin de détecter des produits chimiques et des molécules spécifiques dans tout le cosmos. – l'empreinte d'un élément particulier – à une distance record.

Après le Big Bang, la composition chimique de l'univers était très limitée, sans même une trace d'éléments comme l'oxygène. Il faudrait plusieurs générations de naissance d'étoiles et de supernovas Supernova L'explosion extrêmement violente d'une étoile plusieurs fois plus massive que notre Soleil après que le four nucléaire en son cœur ne puisse plus équilibrer la force de gravité. Au cours de cette explosion, ces étoiles peuvent devenir aussi brillantes que toutes les autres étoiles d'une galaxie réunies, et dans lesquelles une grande quantité de matière est projetée dans l'espace à grande vitesse et à haute énergie. Les restes de ces étoiles massives s'effondrent en une étoile à neutrons ou un trou noir. pour semer le jeune cosmos avec des quantités détectables d'oxygène, de carbone et d'autres éléments forgés dans le cœur des étoiles.

Après avoir été libérés de leurs fours stellaires par les supernovas, ces atomes d'oxygène ont fait leur chemin dans l'espace interstellaire. Là, ils sont devenus surchauffés et ont été ionisés. Gaz ionisé Gaz soit entre les étoiles, soit parmi les galaxies qui a été surchauffé de sorte que les électrons soient arrachés à leurs atomes ou molécules. par la lumière et le rayonnement des étoiles massives. Ces atomes chauds et ionisés ont ensuite «brillé» brillamment dans la lumière infrarouge. Au fur et à mesure que cette lumière parcourait les vastes distances cosmiques jusqu'à la Terre, elle s'est étirée par l'expansion de l'univers, devenant finalement la lumière distincte de longueur d'onde millimétrique qu'ALMA est spécifiquement conçue pour détecter et étudier.

En mesurant le changement précis de la longueur d'onde de cette lumière - de l'infrarouge au millimètre - l'équipe a déterminé que ce signal révélateur d'oxygène a parcouru 13,28 milliards d'années-lumière pour nous atteindre, ce qui en fait la signature d'oxygène la plus éloignée jamais détectée par un télescope. Cette estimation de distance a été confirmée par les observations d'hydrogène neutre dans la galaxie par le Very Large Telescope de l'Observatoire européen austral. Ces observations vérifient indépendamment que MACS1149-JD1 est la galaxie la plus éloignée avec une mesure de distance précise.

L'équipe a ensuite reconstitué l'histoire de la formation des étoiles dans la galaxie à l'aide de données infrarouges prises avec le télescope spatial NASA/ESA Hubble et le télescope spatial Spitzer de la NASA. La luminosité observée de la galaxie est bien expliquée par un modèle où le début de la formation d'étoiles remonte à il y a 250 millions d'années. Le modèle indique que la formation d'étoiles est devenue inactive après l'allumage des premières étoiles. Il a ensuite été relancé à l'époque des observations d'ALMA : 500 millions d'années après le Big Bang.

Les astronomes suggèrent que la première explosion de formation d'étoiles a soufflé le gaz loin de la galaxie, ce qui supprimerait la formation d'étoiles pendant un certain temps. Le gaz est ensuite retombé dans la galaxie conduisant à la deuxième explosion de formation d'étoiles. Les étoiles massives nouveau-nées du deuxième sursaut ont ionisé l'oxygène entre les étoiles, ce sont ces émissions qui ont été détectées avec ALMA.

« La population stellaire mature dans MACS1149-JD1 implique que les étoiles se formaient à des temps encore plus anciens, au-delà de ce que nous pouvons actuellement voir avec nos télescopes. Cela a des implications très excitantes pour trouver « l'aube cosmique » lorsque les premières galaxies ont émergé », ajoute Nicolas Laporte, chercheur à l'University College London/Université de Toulouse et membre de l'équipe de recherche.

"Je suis sûr que la future combinaison d'ALMA et du télescope spatial James Webb jouera un rôle encore plus important dans notre exploration de la première génération d'étoiles et de galaxies", a déclaré Zheng.

ALMA a établi à plusieurs reprises le record de l'oxygène le plus éloigné. En 2016, Akio Inoue de l'Université d'Osaka Sangyo et ses collègues ont trouvé le signal de l'oxygène à 13,1 milliards d'années-lumière avec ALMA. Quelques mois plus tard, Nicolas Laporte de l'University College London a utilisé ALMA pour détecter l'oxygène à 13,2 milliards d'années-lumière. Maintenant, les deux équipes ont fusionné en une seule et ont atteint ce nouveau record. Cela reflète à la fois la nature compétitive et collaborative de la recherche scientifique de pointe.

"Avec cette découverte, nous avons réussi à atteindre la première phase de l'histoire de la formation des étoiles cosmiques", a déclaré Hashimoto. "Nous sommes impatients de trouver de l'oxygène dans des parties encore plus éloignées de l'univers et d'élargir l'horizon de la connaissance humaine."

L'Observatoire national de radioastronomie est une installation de la National Science Foundation, exploitée en vertu d'un accord de coopération par Associated Universities, Inc.

Contacter:
Charles Blue, responsable de l'information publique
(434) 296-0314 [email protected]

Ces résultats d'observation sont publiés dans un article intitulé « The onset of star formation 250 millions years after the Big Bang » par T. Hashimoto et al. dans la revue Nature.

Les membres de l'équipe de recherche sont :

Takuya Hashimoto (Osaka Sangyo University/National Astronomical Observatory of Japan), Nicolas Laporte (University College London/Université de Toulouse), Ken Mawatari (Osaka Sangyo University/The University of Tokyo), Richard S. Ellis (University College London), Akio . K. Inoue (Osaka Sangyo University), Erik Zackrisson (Uppsala University), Guido Roberts-Borsani (University College London), Wei Zheng (Johns Hopkins University), Yoichi Tamura (Nagoya University), Franz E. Bauer (Pontificia Universidad Católica de Chili/Millennium Institute of Astrophysics/Space Science Institute), Thomas Fletcher (University College London), Yuichi Harikane (The University of Tokyo), Bunyo Hatsukade (The University of Tokyo), Natsuki H. Hayatsu (The University of Tokyo/European Southern Observatoire), Yuichi Matsuda (Observatoire national d'astronomie du Japon/SOKENDAI), Hiroshi Matsuo (Observatoire national d'astronomie du Japon/SOKENDAI), Takashi Okamoto (Université d'Hokkaido), Masami Ouchi (Université de Tokyo), Roser Pelló (Université de Toulouse) , Claes-Erik Rydberg (Universität Heidelberg), Ikkoh Shimizu (Université d'Osaka), Yoshiaki Taniguchi (Université ouverte du Japon), Hideki Umehata (Université ouverte du Japon/Université de Tokyo/RIKEN), Naoki Yoshi da (Université de Tokyo)

L'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), une installation internationale d'astronomie, est un partenariat de l'Organisation européenne pour la recherche astronomique dans l'hémisphère sud (ESO), la National Science Foundation (NSF) des États-Unis et les National Institutes of Natural Sciences ( NINS) du Japon en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé par l'ESO au nom de ses États membres, par la NSF en coopération avec le Conseil national de recherches du Canada (NRC) et le Conseil national des sciences de Taïwan (NSC) et par le NINS en coopération avec l'Academia Sinica (AS) à Taïwan et l'Institut coréen d'astronomie et des sciences spatiales (KASI).

La construction et les opérations d'ALMA sont dirigées par l'ESO au nom de ses États membres par l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO), géré par Associated Universities, Inc. (AUI), au nom de l'Amérique du Nord et par l'Observatoire national d'astronomie du Japon (NAOJ ) au nom de l'Asie de l'Est. L'Observatoire conjoint ALMA (JAO) assure la direction et la gestion unifiées de la construction, de la mise en service et de l'exploitation d'ALMA


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Si l'Univers a 13,8 milliards d'années, comment pouvons-nous voir à 46 milliards d'années-lumière ?

Il y a quelques faits fondamentaux sur l'Univers - son origine, son histoire et ce qu'il est aujourd'hui - qui sont terriblement difficiles à comprendre. L'un d'eux est le Big Bang, ou l'idée que l'Univers a commencé il y a un certain temps : il y a 13,8 milliards d'années pour être précis. C'est le premier moment où nous pouvons décrire l'Univers tel que nous le connaissons aujourd'hui : plein de matière et de rayonnement, et les ingrédients qui finiraient par devenir des étoiles, des galaxies, des planètes et des êtres humains. Alors à quelle distance pouvons-nous voir? On pourrait penser que dans un Univers limité par la vitesse de la lumière, cela ferait 13,8 milliards d'années-lumière : l'âge de l'Univers multiplié par la vitesse de la lumière. Mais 13,8 milliards d'années-lumière est bien trop petit pour être la bonne réponse. En réalité, nous pouvons voir pendant 46 milliards d'années-lumière dans toutes les directions, pour un diamètre total de 92 milliards d'années-lumière.

Pourquoi est-ce? Il existe trois manières intuitives de réfléchir à ce problème, mais une seule d'entre elles a raison.

1.) Les trucs sont partout et la lumière voyage à la vitesse de la lumière. C'est le mode "par défaut" que la plupart des gens ont. Vous pouvez imaginer un univers rempli d'étoiles et de galaxies partout où nous regardons, et que ces étoiles et galaxies ont commencé à se former assez près du tout début de tout. Par conséquent, plus nous attendons, plus nous pouvons voir loin, car la lumière se déplace en ligne droite à la vitesse de la lumière. Donc, après 13,8 milliards d'années, vous vous attendriez à pouvoir voir en arrière presque 13,8 milliards d'années-lumière, en soustrayant seulement le temps qu'il a fallu aux étoiles et aux galaxies pour se former après le Big Bang.

2.) Les trucs sont partout, la lumière bouge à c, et tout peut se déplacer dans l'espace. This adds another layer to the problem not only is there a ton of stuff that emits light, but those light-emitting objects can move relative to one another. Since they can move up to (but not quite at) the speed of light, by the rules of special relativity, while the light moves towards you at the speed of light, you can imagine seeing twice as far as in the first case. Perhaps the objects now could be as far as 27.6 billion light years away, assuming their light just reaches us now and they speed away from us at almost the speed of light.

3.) Stuff is everywhere, light goes at c, stars and galaxies move, and the Universe is expanding. This last layer is the counterintuitive one that most people have the hardest time with. Yes, space is full of matter, which quickly clumps into stars, galaxies and even larger structures. Yes, the light it produces all moves at c, the speed of light in a vacuum. Yes, all of this matter can move through space, mostly due to the mutual gravitational attraction of different overdense and underdense regions on one another. All of that is true, just as it was in the second scenario.

But there’s something extra, too. It’s that space lui-même is expanding. When you look out at a distant galaxy, and see that galaxy is redder than normal, the common way of thinking about it is that the galaxy is red because it’s moving away from us, and hence the light is shifted to longer (redder) wavelengths the same way a siren moving away from you has its sound shifted to longer wavelengths and lower pitches. But that’s still part of explanation #2 General Relativity adds that extra element in of space expanding.

And as the Universe expands, the fabric of space stretches, and those individual light waves in that space see their wavelengths stretch as well!

You might think it’s impossible to tell these two effects apart. If all you can measure is the wavelength of the light as it reaches your eye, how can you tell whether it’s due to motion or due to the fabric of space? As it turns out, there’s a relationship that exists between the redshift (and hence the wavelength) and the observed brightness of the galaxy, which is a function of distance. In a non-expanding Universe, as we covered earlier, the maximum distance we can observe is twice the age of the Universe in light years: 27.6 billion light years. But in the Universe we have today, we’ve already observed galaxies more distant than that!

So how far can we see in any direction? If the Universe had no dark energy in it at all, the farthest objects — stars, galaxies, the leftover glow from the Big Bang, etc. — would be limited to 41.4 billion light years. (The relativistic derivation of that figure, that R = 3ct, ought to be a familiar result to those who took General Relativity in graduate school.) But in a Universe with dark energy, that gets pushed out to an even greater number: 46 billion light years for the observed dark energy our cosmos possesses.

Put that all together, and this means the distance we can see in the Universe, from one distant end to the other, is 92 billion light years across. And don’t forget: it’s continuing to expand! If we left today at the speed of light, we could only reach about a third of the way across it: approximately 3% of its volume. In other words, due to the Universe’s expansion and the presence of dark energy, 97% of the observable Universe is already unreachable, even if we left today at the speed of light.

And so 92 billion light years might seem like a large number for a 13.8 billion year old Universe, but it’s the right number for the Universe we have today, full of matter, radiation, dark energy, and obeying the laws of General Relativity. The fact that space itself is expanding, and that new space is constantly getting created in between the bound galaxies, groups and clusters in the cosmos, is how the Universe got to be as big as it is to our eyes. Given what’s in it, what governs it and how it came to be, it couldn’t have turned out any other way.


Dark Flow

It will be hard to learn more, though, since the source of the dark flow appears to be at least 46.5 billion light-years away, much farther than we can observe.

Now, i showed this to a friend, who posed an interesting question: If the Universe is only 13.7 billion years old, how can we have something that is "46.5 billion light years" away. I tried to explain it, but fell short.

Any gurus out there feel like pitching in on this? I thought i knew the answer but apparently it started making less and less sense to me as i tried to explain it to him

#2 Shadowalker

#3 Scott Horstman

Vendor - Backyard Observatories

#4 Shadowalker

By searching for this disturbance, Kashlinsky’s team found evidence that all of the clusters they studied were moving toward a single point. They can’t see anything that would cause this bulk motion, so it may suggest that there is a very massive structure lurking beyond the edge of the visible universe pulling the galaxies toward it with its gravity.

Here's the problem I have with it. The theory is that these galaxies are bing affected by something beyond the observable universe. However, the fact that these galaxies are being affected constitutes observation, albeit indirect observation.

Reminds me of a thought experiment I posted here (twice). Let's say there are two galaxies in a straight line. One is 10 billion LY from us and the other is 20 billion LY from us (beyond the observable universe). The 2nd galaxy, while not visible to us WOULD be visible to the one that's 10 billion LY from us. Let's say astronomers in the 10 Billion LY galaxy photograph the 20 Billion LY galaxy and beam the image to us. Is that a way to circumvent the "observable universe?

I've gotten answers to this before, but nothing that satisfied my gut. It's probably because my gut is pretty stupid.

#5 groz

Yeah, that one gets me too. The best I can wrap my engineer's mind around it is to say that the universe is expanding faster than c.

There is your problem, you live in the engineers world. In this world, we work with facts, and theories that are proven, to design things that get a specific task done. We typically work with hard constraints called 'reality', because the objective of the exercise is to 'get something done'.

Over in the scientist world, they dont have such constraints. They work with computer models, many of which have little / no basis in reality. After they spend enough time in that world, the model _becomes_ the reality, and a huge portion of that population then starts inventing 'stuff' to try validate the model.

To the engineer, 'impossiblium' is an element which is the source of constant joking material, and doesn't exist in our universe. To the scientist, it's very real, and, the magic item often required to make the models actually work, so, they put LOTS of it into their universe.

In the areas where you work, this should be exceedingly obvious. Scientists want to do research on yet another aspect of 'impossiblium' in one of it's forms, they need a vehicle to go somewhere in search of that information, and you end up tasked to design / build that vehicle. When you sit down and start doing the nitty gritty of designing that launch vehicle, I ask a simple question. How much quantum mechanics and relativity is involved in the process ? Contrast that now to how much you use newtonian physics. When all is said and done, you'll end up with a mountain of equations that all come back to F=MA, with material strengths, compression, tensile, bending etc all taken into account. Probably toss in a bunch of vibration. But, when it's all said and done, and the vehicle is sitting on the pad ready for that first launch, there has been a huge mountain of newtonian physics applied to 'make it work', and 'impossibilium' was not used in it's design / construction. And guess what, it works.

And that's why a lot of the bleeding edge science 'doesn't work' for you, it involves 'impossiblium' as a real element, with supernatural characteristics, but as an engineer, you dont grok that element. You cant sit down, find a supplier, and order a kilo of that stuff to make the vehicle peform some kind of magic, instead, you work within the constraints of 'what is physically possible'.

But, once in a while over time, elements of 'impossibilium' do end up with a new name, and a place in the periodic table, and they make the jump from the scientists universe over to the engineers universe. If you sat down 100 years ago, and tried to order up a power supply that would fit on a locomotive, provide 20 megawatts of power, and run for a year without adding fuel, that would have required a metric ton of 'impossiblium' to accomplish. Today, it just takes a bucket load of money, and a trainload of red tape, but, it's possible. The real holdback today is more the red tape than anything else, but there is no 'impossiblium' required to design/build/deploy that power supply.

And ofc, there is one other thing to keep in mind. For every type of 'impossibilium' that does make the jump across from the scientists universe over to that of the engineers, there's a hundred others that fail to make the jump, and remain out there in the realm of fantasy.


Voir la vidéo: PEUT-ON AFFIRMER QUE LUNIVERS A 13,8 MILLIARDS DANNÉES? (Janvier 2022).