See the ESO press release The study of these first galaxies is extremely difficult. Even if their initial luminosity is high, viewed from the Earth they seem very weak and small. Moreover, this weak light falls most of the time into the infra-red part of the spectrum because its wavelength was redshifted by the expansion of the universe. In addition, at these early times, less than one billion years after the Big Bang, the Universe was not entirely transparent and a great part was filled of hydrogen fog which absorbs the UV light of the young galaxies. Indeed, the first galaxies do reionize the intergalactic space, and during this period, called the epoch of reionization, the Universe includes patches of ionized hydrogen in a continuum of opaque neutral hydrogen. In spite of these challenges, the new wide field camera on the Hubble Space Telescope discovered in 2009 several objects, candidates to be the most remote galaxies. The confirmation of the distances from such weak objects is an enormous challenge which can only be addressed by the spectroscopy on large ground-based telescopes, by measuring the redshift of the light of the galaxy. A Franco-British team, led by a researcher from Paris Observatory, made a special request to the director-general of ESO and obtained telescope time on the VLT to observe a candidate galaxy called UDFy-38135539 during 16 hours. After two months of very careful analysis and tests of their results, the team noted that they had clearly detected the very weak hydrogen line redshifted to z= 8.6, which makes this galaxy the most distant object ever confirmed by spectroscopy. A redshift z=8.6 corresponds to a galaxy seen just 600 million years after Big Bang.

Figure 1 : Image en raie Lyman-alpha de la source UDFy-38135539. L’encart montre la réponse de l’instrument à une source ponctuelle (PSF). L’échelle de grisé montre le rapport signal-à-bruit. L’image est compatible avec une source ponctuelle, compte-tenu de la turbulence de l’atmosphère.

The detection of this weak luminosity in Lyman-alpha shows that this galaxy is not sufficient to have reionized the Universe around it. There must be other galaxies, probably weaker, less massive and close to this galaxy, which also helped to make space transparent around it.

Figure 2 : Deux représentations du spectre de la source. L’image du haut montre la raie de Lyman-alpha de l’hydrogène, décalée de z=8.5549. L’image du bas montre le spectre à 2 dimensions, avec la longueur d’onde en abscisse, et la coordonnée d’ascension droite en ordonnée. La source est indiquée par le cercle blanc. Les perturbations du ciel nocturne sont visibles dans le reste de l’image. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

At the limit of capacity of the current telescopes, this type of scientific problems could be fully approached with the very large instruments of the future, i.e. the European Extremely Large Telescope (E-ELT), the James Webb Space Telescope (JWST), or the large millimetre interferometer ALMA (Atacama Large Millimeter Array).

Reference Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z=8.6 M. D. Lehnert (Obs-Paris), N. P. H. Nesvadba (IAS-Orsay), J.-G. Cuby (Marseille), A.M. Swinbank (Durham, UK), S. Morris (Durham, UK), B. Clément (Marseille), C. J. Evans (Edinburgh, UK), M. N. Bremer (Bristol, UK) & S. Basa (Marseille) Nature, Thursday 21 October 2010 Contact Matt Lehnert (Observatoire de Paris, GEPI et CNRS)

Dernière modification le 4 mars 2013

Voir le communiqué de l’ESO L’étude de ces premières galaxies est extrêmement difficile. Même si leur luminosité initiale est importante, vues de la Terre elles semblent très faibles et petites. En outre, cette faible lumière tombe la plupart du temps dans la partie infrarouge du spectre parce que sa longueur d’onde a été décalée vers le rouge par l’expansion de l’univers. De plus, à ces époques très reculées, moins d’un milliard d’années après le Big Bang, l’Univers n’était pas entièrement transparent et une grande partie était remplie de brouillard d’hydrogène qui absorbe la lumière UV des jeunes galaxies. En effet, ce sont les premières galaxies qui vont réioniser l’espace intergalactique, et pendant cette période, appelée époque de réionisation, l’Univers comprend des poches d’hydrogène ionisé dans un continuum d’hydrogène neutre opaque. En dépit de ces défis, la nouvelle caméra à grand champ sur le télescope spatial Hubble a découvert plusieurs objets, candidats galaxies lointaines en 2009. La confirmation des distances de tels objets faibles est un énorme défi qui peut seulement être relevé par la spectroscopie des grands télescopes au sol, en mesurant le décalage vers le rouge de la lumière de la galaxie. Une équipe franco-anglaise, conduite par un chercheur de l’Observatoire de Paris, a fait une demande spéciale au directeur général de l’ESO et a obtenu du temps de télescope sur le VLT pour observer une galaxie candidat appelée UDFy-38135539 pendant 16 heures. Après deux mois d’analyse très soigneuse et de tests de leurs résultats, l’équipe a constaté qu’elle avait clairement détecté la lueur très faible de l’hydrogène à un décalage vers le rouge de z=8.6, qui fait de cette galaxie l’objet le plus lointain jamais confirmé par la spectroscopie. Un déplacement vers le rouge z=8.6 correspond à une galaxie vue juste 600 millions d’années après Big Bang.

Figure 1 : Image en raie Lyman-alpha de la source UDFy-38135539. L’encart montre la réponse de l’instrument à une source ponctuelle (PSF). L’échelle de grisé montre le rapport signal-à-bruit. L’image est compatible avec une source ponctuelle, compte-tenu de la turbulence de l’atmosphère.

La détection de cette faible luminosité en Lyman-alpha montre que cette galaxie n’est pas suffisante pour avoir réionisé l’Univers autour d’elle. Il doit y avoir d’autres galaxies, probablement plus faibles, moins massives et proches de cette galaxie, qui ont également aidé à rendre l’espace transparent autour d’elle.

Figure 2 : Deux représentations du spectre de la source. L’image du haut montre la raie de Lyman-alpha de l’hydrogène, décalée de z=8.5549. L’image du bas montre le spectre à 2 dimensions, avec la longueur d’onde en abscisse, et la coordonnée d’ascension droite en ordonnée. La source est indiquée par le cercle blanc. Les perturbations du ciel nocturne sont visibles dans le reste de l’image. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

A la limite de capacité des télescopes actuels, ce type de problématique scientifique pourra être pleinement abordé avec les très grands instruments de l’avenir, que ce soit l’European Extremely Large Telescope de l’ESO, le James Webb Space Telescope (JWST) de la NASA-ESA ou le grand interféromètre millimétrique et submillimétrique ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) . Référence Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z=8.6 M. D. Lehnert (Obs-Paris), N. P. H. Nesvadba (IAS-Orsay), J.-G. Cuby (Marseille), A.M. Swinbank (Durham, UK), S. Morris (Durham, UK), B. Clément (Marseille), C. J. Evans (Edinburgh, UK), M. N. Bremer (Bristol, UK) & S. Basa (Marseille) Nature, Jeudi 21 Octobre 2010 Contact Matt Lehnert (Observatoire de Paris, GEPI et CNRS)

Dernière modification le 22 février 2013