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Les galaxies les plus lointaines

L'amas Abell 1689 situé à 2.2 milliards d'années-lumière dans la Vierge. Comment la plupart des amas lointains, il comprend des lentilles gravitationnelles et surtout 58 petites galaxies bleues primitives excessivement éloignées. Doc NASA/ESA/NRC/NAUM.

Aux frontières de l'Univers (I)

Grâce à l'astronomie spatiale et les grands télescopes équipés de moyens toujours plus sophistiqués pour sonder les profondeurs de l'Univers, au cours des dernières années les astrophysiciens ont eu l'occasion d'étudier non seulement le ciel profond en lumière blanche mais également à travers tout le spectre des rayonnements, des ondes radios aux rayons gamma en passant par les UV et l'infrarouge notamment.

Au cours de leurs recherches, les astrophysiciens ont découvert une poignée de galaxies situées à plus de 13 milliards d'années-lumière (z > ~7.5), une distance encore inaccessible au début des années 2000.

A de telles distances nous observons ces astres tels qu'ils étaient lorsque l'Univers avait moins de 5% de sa taille actuelle soit moins de 2 milliards d'années-lumière de rayon (sachant que l'Univers observable présente un rayon d'environ 46.5 milliards d'années-lumière aujourd'hui compte tenu que le facteur d'échelle a été multiplié par 1093 depuis l'époque du découplage matière/rayonnement, quelque 380000 ans après le Big Bang).

A partir de z ~ 7, nous pénétrons également dans l'Univers primitif où les premiers objets, galaxies et quasars, présentent des propriétés physiques et chimiques que ne possèdent plus les objets nés ultérieurement, leur matière et leur combustible ayant été recyclés tandis que leur activité s'est progressivement ralentie et stabilisée.

C'est l'époque de l'ère stellaire des nuages de gaz obscurs, de la réionisation de l'hydrogène par les protogalaxies, les premiers quasars et les étoiles hyperchaudes de Population III issues directement de la recombinaison.

C'est dans ce monde très éloigné de notre univers actuel, tant dans l'espace que par sa nature, que les astronomes ont découvert les galaxies les plus lointaines dont nous allons passer en revue quelques individus emblématiques. Mais auparavant, une précision s'impose.

La distance comobile

Dans la plupart des publications scientifiques destinées au public, les auteurs ont l'habitude de simplifier les explications pour les rendre plus compréhensibles mais en faisant cela ils créent des ambiguïtés entraînant parfois des confusions dans l'esprit des lecteurs. C'est en particulier le cas de la distance des galaxies. Aussi, pour éviter toute confusion, dans beaucoup d'articles scientifiques les auteurs ne citent que le décalage Doppler (z) sans préciser la distance des galaxies.

Nous avons expliqué à propos de la Création de l'Univers et dans la théorie du Big Bang que dans un Univers de géométrie homogène et isotrope (modèle FRW), grâce à un changement de coordonnées, en tenant compte du facteur d'échelle qui détermine l'expansion de l'Univers et des paramètres cosmologiques actuels (densité de matière, constante cosmologique, paramètre de Hubble, etc.), à partir du décalage Doppler d'une galaxie on peut déterminer sa distance actuelle ou distance comobile (généralement symbolisée par χ).

Ainsi, quand on lit qu'une galaxie à z = 11.09 est distante de 13.4 milliards d'a.l., il faut comprendre que c'est la distance à laquelle elle se trouvait au moment où nous avons capté sa lumière. Nous la voyons aujourd'hui mais en réalité sa lumière l'a quittée il y a 13.4 milliards d'années. Entre-temps, la galaxie s'est éloignée en vertu de l'expansion de l'Univers. En réalité, "aujourd'hui" cette même galaxie se situe bien plus loin, à 32.2 milliards d'a.l.; il s'agit de sa distance comobile. Généralement cette distance n'est jamais mentionnée dans les publications (pas plus que sur ce site). Les calculettes suivantes permettent de calculer cette distance comobile.

Calculettes : Cosmological Calculator (modèle ΛCDM)

CosmoCalc, Edward L.Wright, UCLA

Convertisseur de magnitudes

Voyons à présent quels sont les moyens mis à disposition des astronomes pour observer et analyser ces galaxies lointaines.

Les outils à disposition des astronomes

Nous avons décrit dans l'article consacré aux outils pour sonder l'univers quels sont les divers moyens dont disposent les astronomes pour étudier l'univers, du télescope optique aux moyens informatiques en passant par le radiotélescope et le spectrographe intégral.

Nous allons à présent décrire le cas particulier de l'étude des galaxies dites à haut redshift, c'est-à-dire les plus éloignées dans l'Univers qui requièrent les instruments les plus puissants et les plus sophistiqués. Décrivons pour commencer les différents programmes d'études en commençant par les plus récents.

Le sondage GOODS

Le sondage GOODS (Great Observatories Origins Deep Survey) combine les moyens des plus grands télescopes spatiaux Hubble, Spitzer, Chandra, Herschel et XMM-Newton, aux outils des grands observatoires terrestres tels ceux de l'ESO (VLT/ISAAC en bandes J, H, K, VIMOS en bande U, R, IR moyen et visible) et de la NOAO dans le but de sonder l'Univers profond à la recherche des émissions les plus faibles à travers le spectre électromagnétique.

Pour faire un jeu de mots, l'astrophysicien Mauro Giavalisco de l'Université du Massachusetts à Amherts déclara que l'acronyme GOODS (les marchandises ou les biens) fut également choisi parce que "we wanted to deliver the goods" (nous voulions livrer les marchandises, c'est-à-dire les enregistrements obtenus par ces instruments) afin d'obtenir l'image la plus compréhensive du passé de l'Univers.

La première ébauche de GOODS remonte à 2001. Les astronomes avaient découvert depuis quelques années une petite zone dans la constellation de la Petite Ourse où le ciel est particulièrement dépourvu d'étoiles ou de galaxies proéminentes. Une zone similaire se trouve dans le ciel de l'hémisphère sud en direction du Fourneau. Ces deux régions furent nommées les champs GOODS. Malgré leur insignifiance apparente observée à faible grossissement, leur exploration allait redéfinir notre compréhension du jeune Univers.

Le sondage GOODS débuta en 2004 avec l'observation des lentilles gravitationnelles. Mais ce n'est qu'à partir de 2008 ou 2009 selon les télescopes que les astronomes eurent réellement accès aux données réduites (pouvant directement servir à l'analyse) des différents télescopes.

GOODS recherche toutes les traces de la formation et de l'évolution des galaxies à travers les temps cosmiques et cartographie l'histoire de l'expansion de l'Univers grâce à la spectroscopie des supernovae à haut décalage Doppler.

Une petite région du ciel profond de l'hémisphère sud photographiée par le Télescope Spatial Hubble dans le cadre du sondage GOODS. 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. Le champ s'étend sur 10' soit un tiers du diamètre apparent 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.

Le sondage GOODS couvre un champ d'environ 320 minutes d'arc carré réparties entre l'hémisphère nord (HST) et l'hémisphère sud (Chandra). Le télescope spatial infrarouge Spitzer de 85 cm de diamètre apporte toute sa finesse pour l'observation des objets les plus lointains entre 3.6 et 24 microns, tandis que le Télescope Spatial Hubble se focalise sur les images optiques (visibles) en haute résolution, l'observatoire Herschel étant dédié à l'observation du ciel profond dans l'infrarouge lointain entre 100 et 500 microns. Enfin, les télescopes terrestres complètent ces données par l'imagerie et la spectroscopie.

C'est notamment grâce au sondage GOODS qu'on découvrit la première galaxie massive à z=6.5 en 2005 et la première galaxie à z=11 en 2016 (GN-z11, voir plus bas). Grâce à GOODS, Ray Villard du STScI et son équipe se sont également rendus compte que la sphère observable jusqu'à z=8 soit environ 13 milliards d'années-lumière contiendrait 2 trillions de galaxies mais du fait que la majorité d'entre elles sont très pâles, nos moyens actuels ne permettent d'observer que 10% de cette population !

Le sondage CANDELS

Le sondage CANDELS (Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey) est le plus vaste projet d'imagerie de l'univers lointain réalisé par le Télescope Spatial Hubble. Réalisé entre 2010 et 2013, il occupa le HST durant 902 orbites soit environ 60 jours continus de temps d'observation.

L'objectif principal de CANDELS consistait à étudier l'évolution du jeune univers dans le proche infrarouge au moyen de la caméra WFC3 et en optique par la caméra ACS.

CANDELS s'est concentré sur deux époques critiques de l'évolution cosmique. D'une part "l'Aube Cosmique" qui se produisit moins d'un milliard d'années après le Big Bang, c'est-à-dire aux décalages Doppler compris entre 1.5 > z < 8, lorsque les premiers germes de la structure cosmique se formèrent. D'autre part, sur ce qu'on surnomma le "Midi Cosmique" (Cosmic High Noon) situé entre 2 et 4 milliards d'années après le Big Bang, lorsque les galaxies ont connu leur plus forte croissance lorsque des rivières de gaz entraînées par la gravité s'y déversaient le long de la "toile cosmique". CANDELS photographia plus de 250000 galaxies. En complément, la composante UV du sondage GOODS North (GOOD-N) fut ajouté à CANDELS.

Un autre objectif fut de découvrir des supernovae de Type Ia au-delà de z > 1.5 car elles servent de "chandelles standards" pour calculer le taux d'expansion de l'Univers.

A gauche,  une photographie du champ ultra profond (UDF) prise par le HST dans le cadre du sondage CANDELS. L'image contient environ 30000 galaxies répartie sur 6 milliards d'années dans le temps et dans l'espace, soit la moitié de l'âge de l'Univers. A droite, une photo prise par le HST dans le cadre du sondage UVCANDELS. Elle contient environ 5000 galaxies situées à plusieurs milliards d'années-lumière. La région est située dans le champ "Extended Groth Strip" (cf. cette photo couvrant 70'x10' et contenant 50000 galaxies jusqu'à z~1 soit ~8 milliards d'années-lumière), l'un des cinq champs du ciel profond étudiés en détails en infrarouge dans le cadre du sondage CANDELS. Il s'agit d'une photo RGB en fausses couleurs. La lumière bleue est représentée en bleu, la rouge en vert et la proche infrarouge en rouge. La région illustrée couvre 9'x9' soit 10% de la taille apparente de la pleine Lune. Documents NASA/STScI et NASA/STScI/ Harry Teplitz (Caltech/IPAC

Le sondage UVCANDELS

Le sondage UVCANDELS vient en complément du sondage CANDELS et se déroula entre le 12 avril 2019 et le 21 mai 2020. Il réalisa des photographies UV au moyen des caméras WFC3/F275W et ACS/F435W des objets extragalactiques dans les quatre principaux champs d'étude du ciel profond (UDF) du HST les mieux adaptés aux observations du JWST. UVCANDELS occupa le HST durant 164 orbites soit environ 10 jours continus de son temps d'observation.

Le but était d'étudier les processus clés de l'évolution structurelle des galaxies situées entre 0.5 < z < 3, c'est-à-dire entre 5 et 11.5 milliards d'années-lumière en  utilisant les données UV et bleues à haute résolution spatiale (700 pc à z~1 ou 7.8 milliards d'années-lumière) et créer des cartes en 2D de l'histoire de leurs formations stellaires. Ensuite, ces données furent combinées à celles héritées du télescope spatial Herschel de l'ESA qui fut opérationnel entre 2009 et 2013 afin de tracer l'évolution de la teneur en poussière des galaxies situées à des décalages vers le rouge modérés (z < 1).

Parmi les autres missions, UVCANDELS étudia le rôle de l'environnement dans l'évolution des galaxies formant des étoiles de faible masse, il étudia la décroissance du taux de formation stellaire (SFR) dans les galaxies massives de type précoce et le rôle des fusions mineures. Enfin, il étudia la fraction d'échappement du rayonnement ionisant des galaxies à z~2.5 soit ~11 milliards d'années-lumière afin de mieux comprendre comment les galaxies formant des étoiles ont réionisé l'Univers à z > 6 soit moins d'un milliard d'années après le Big Bang.

UVCANDELS complète d'autres observations du ciel profond en UV (HDUV, UVUDF, ERS et Frontier Fields) et couvre une surface du ciel de ~430' carrées équivalente à environ 50% de la taille apparente de la pleine Lune. Au total, UVCANDELS photographia environ 140000 galaxies.

Le programme CLASH

A partir de 2011 et durant 3 ans, les astrophysiciens ont disposé du programme CLASH (Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble) pour identifier les galaxies les plus éloignées. Cette méthode allie la puissance du Télescope Spatial Hubble à l'effet amplificateur des lentilles gravitationnelles présentes dans les 25 amas de galaxies les plus massifs.

Cette méthode de recherche a rapidement porté ses fruits. C'est ainsi qu'on découvrit en 2011 la galaxie MACS0647-JD à z=10.8 (voir plus bas).

La vidéo suivante décrit la formation des lentilles gravitationnelles.

A voir : Einstein's Rings and the Fabric of Space

Le programme Frontier Fields

En 2012, un groupe d'astronomes comprenant des membres du STScI exploitant le Télescope Spatial Hubble (HST) et de divers instituts scientifiques (NASA, NOAO, Yale, INAF, etc) proposa une nouvelle méthode d'investigation pour sonder les frontières de l'Univers inaccessibles au HST. En effet, comme nous l'avons expliqué à propos de GOODS, au-delà d'une certaine distance cosmologique, ~13.2 milliards d'années-lumière, en raison de son diamètre et de son spectre limités, le HST est incapable d'observer des galaxies plus pâles, même s'il augmente les temps d'intégrations d'un million de minutes pour augmenter la qualité du signal. De ce fait, certains objets lointains apparaissent soit comme un pixel pâle sur les photos du HST qui est incapable d'en révéler les détails soit il ne les enregistre tout simplement pas.

Document NASA/ESA/STScI adapté par l'auteur.

En revanche, le télescope spatial Spitzer travaillant jusqu'en infrarouge lointain peut pénétrer plus profondément dans l'Univers et observer ces galaxies très lointaines avec une meilleure résolution. Il peut le cas échéant en obtenir un spectre exploitable afin de calculer la distance de l'objet.

Le projet du STScI auquel participe l'Europe s'est concrétisé en 2014 par le programme Frontier Fields (Les champs frontières). Ce programme qui comprend 840 orbites du HST répartis sur 3 ans a pour but de permettre aux astronomes d'étudier les amas de galaxies lointains et de découvrir dans la continuité du programme CLASH de nouvelles galaxies et autres quasars grâce à l'effet amplificateur des lentilles gravitationnelles.

Grâce à Frontier Fields, aujourd'hui les astronomes peuvent étudier le ciel ultra profond (Ultra Deep Field ou UDF) en haute résolution sans être limités par les contraintes spectrales dans toutes les longueurs d'ondes comprises entre 200 nm (UV) et 50000 nm ou 50 microns (IR lointain) ainsi que les rayons X grâce à trois télescopes travaillant de manière complémentaire :

- En lumière "blanche" grâce au HST dont le miroir primaire mesure 2.40 m de diamètre et offrant une résolution de 0.1". Depuis 2009, il est équipé de plusieurs caméras rassemblées dans deux systèmes, WFC3 et ACS couvrant le spectre entre 200 et 1000 nm ainsi que le proche infrarouge entre 800 et 1700 nm. Le HST dispose également d'un imageur et d'un spectromètre (NICMOS, STIS) sensibles au proche infrarouge et à l'ultraviolet (COS).

Concernant l'étude spectrale, l'un des systèmes de raies les plus faciles à détecter à grande distance est la série de Lyman de l'hydrogène. Sur Terre (référentiel statique), la raie Lyman alpha (Ly-α) par exemple se trouve dans la partie X-UV du spectre, à 121.56 nm. Lorsque les galaxies présentent un décalage Doppler z > 8, cette raie d'émission est décalée au-delà de 1160 nm, dans le proche infrarouge !

La série de raies de Lyman est très importante car elle représente la signature caractéristique d'un gaz d'hydrogène chauffé par le rayonnement X-UV des jeunes étoiles présentes dans cet Univers primordial.

Précisons que le HST n'est plus entretenu depuis 2013 et est à court de liquide de refroidissement pour les capteurs photosensibles notamment. Il continue donc de fonctionner au mieux en mode "chaud". A partir de juillet 2022, il fut progressivement remplacé par le télescope spatial James Webb (JWST).

- En rayonnement infrarouge grâce au télescope spatial Spitzer dont le miroir primaire mesure 85 cm de diamètre. Il est couplé à un imageur photométrique sensible au proche et moyen infrarouges (3-8 microns), un spectroscope infrarouge (5-40 microns) et un spectrophotomètre sensible à l'infrarouge lointain (50-160 microns). Grâce à sa sensibilité en infrarouge, il complète le HST lorsque celui-ci arrive à ses limites (photographiques ou spectrales).

- En rayonnement X grâce au satellite Chandra destiné à étudier les émissions des sources les plus chaudes ou les plus violentes du cosmos et indirectement de tracer le gaz chaud intra-amas et la matière sombre en collaboration avec le HST.

Depuis 2010, grâce à ses capteurs infrarouges, le Telescope Spatial Hubble est capable de sonder l'Univers jusqu'au-delà de z=11 soit plus de 13.4 milliards d'années-lumière ou environ 400 millions d'années après le Big Bang. Par comparaison, le télescope spatial James Webb (JWST) de 6.5 m de diamètre lancé le 25 décembre 2021 est capable de sonder l'Univers profond jusqu'à un décalage Doppler z compris entre 20 et 30 ou environ 200 millions d'années après le Big Bang. Il devra notamment confirmer toutes les mesures de distances des objets du ciel profond.

Le sondage RELICS

Construit sur les bases des sondages CLASH et Frontier Fields précités, le sondage RELICS (Hubble's Reionization Lensing Cluster Survey) fut proposé par le STScI (Space Telescope Science Institute), un institut fondé par la NASA dans le but d'exploiter les grands télescopes spatiaux.

RELICS combine les performances du Télescope Spatial Hubble pour la partie visible et de Spitzer pour l'infrarouge. Ce sondage vise à étudier les galaxies lointaines grâce à l'effet de lentille gravitationnelle produit par les amas de galaxies situés dans la ligne de visée.

RELICS fut le premier sondage qui détecta les plus brillantes galaxies connues ayant existé durant le premier milliard d'années de l'Univers vers z ~6 (cf. B.Salmon et al., 2017). On lui doit aussi la découverte de la galaxie la plus éloignée déformée par l'effet d'une lentille gravitationnelle à z~0, soit 500 millions d'années après le Big Bang (cf. B.Salmon et al., 2018 et voir plus bas). Ces objets sont des objectifs prioritaires pour le télescope spatial James Webb et le réseau radioastronomique ALMA.

Trois amas de galaxies photographiés par le HST dans le cadre du sondage RELICS. A gauche, PLCK_G308.3-20.2. Au centre, RXC J0232.2-4420. A droite, un amas de galaxies anonyme. Documents RELICS

Comme GOODS, CANDELS, CLASH et Frontier Fields, RELICS nous a livré des images extraordinaires des amas de galaxies et des jeunes galaxies évoluant dans l'Univers profond (cf. RXC J0142.9+4438, SPT0615-JD et les amas de galaxies présentés ci-dessus).

Les premières publications basées sur les données du sondage RELICS datent de 2018.

Le sondage CEERS

Le sondage CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) fut proposé en 2017 (cf. S.L. Finkelstein et al., 2107). Depuis juillet 2022, il utilise le télescope spatial James Webb (JWST) et cible certains champs de données multi-longueurs d'ondes du programme CANDELS du HST.

CEERS couvre 100 minutes d'arc carrés et exploite les systèmes d'imagerie NIRCam et MIRI ainsi que les moyens spectroscopiques (NIRSpec R~100 et R~1000 et le grism sans fente NIRCam (R~1500) du JWST. 

CEERS est conçu pour atteindre les objectifs du DD-ERS. Il a pour mission d'utiliser le JWST pour explorer l'époque de la première lumière et de la réionisation de l'Univers ainsi que la formation et le regroupement des galaxies, ce qui comprend :

1. La découverte de 20-80 galaxies à z ~ 9-13 et déterminer leur abondance et leur nature physique.

2. Enregistrer des spectres en haure résolution de > 400 galaxies à z > 3, dont 40 candidats connus à 6 < z < 9 afin de définir des contraintes sur les conditions physiques de formation d'étoiles et la croissance des trous noirs supermassifs.

3. Quantifier les premières structures galactiques (renflement central et disque des galaxies) à z > 3.

4. Caractériser l'émission IR moyen des galaxies pour étudier la formation des étoiles obscurcies par la poussière et la croissance des trous noirs supermassifs à z ~ 1-3.

Le spectrographe

L'analyse spectrale fait aujourd'hui appel à des techniques très sophistiquées. Malheureusement, étant donné le peu de temps d'observation disponible, les astronomes n'ont pas toujours la possibilité d'utiliser des spectrographes à haute résolution comme le VIMOS du VLT (cf. O.Le Fèvre et al., 2002) ou le NIRSpec du JWST chaque fois qu'ils le désirent et doivent se rabattre sur le grism à basse résolution d'Hubble (cf. K.E. Whitaker et al., 2014) et du JWST. Mais il existe une solution plus rapide bien que moins fiable qui donne une idée approximative de distance.

L'alternative est d'utiliser les données photométriques ou de couleur de la galaxie pour déterminer son décalage Doppler. Les atomes d'hydrogène neutre qui baignent l'espace intergalactique absorbent le rayonnement ultraviolet à des longueurs d'ondes inférieures à 91.2 nm. Pour les objets éloignés, ce seuil se décale également vers les longueurs d'ondes plus longues, dans l'infrarouge pour les galaxies les plus éloignées. Étant donné que la caméra proche infrarouge NIRCam du JWST prend des mesures à travers plusieurs filtres différents, chacun couvrant une bande de longueurs d'ondes spécifiques, une galaxie peut être visible dans certains canaux mais pas dans d'autres. La bande de longueurs d'ondes dans laquelle la galaxie disparaît indique approximativement son décalage vers le rouge et indirectement le temps écoulé depuis le Big Bang. La fiabilité des résultats dépend donc de la méthode utilisée, la spectroscopie HR étant de loin plus précise que la photométrie (cf. les différentes méthodes de calcul du décalage Doppler).

Cependant, pour le prestige, pour attirer l'attention de leur communauté ou de leur directeur, certains jeunes chercheurs n'hésitent pas à affirmer avoir fait une découverte sur la seule base d'une analyse photométrique, sans même attendre les résultats des mesures spectroscopiques ni la validation de leur article par leurs pairs, c'est-à-dire un comité de lecture (les referees). Nous allons décrire quelques exemples ci-dessous.

Les modèles théoriques

Enfin, n'oublions pas que ces instruments seraient pratiquement sous-exploités s'ils n'étaient pas complétés par des modèles théoriques, en particulier des programmes de simulation et des fonctions statistiques très puissantes faisant appel à l'intelligence artificielle qui aident les astronomes à formaliser leurs hypothèses au quotidien. Toutefois, ces outils théoriques ne remplacent pas les observations qui, en apportant in fine la preuve in situ, sont les seules données pouvant valider une théorie.

Des candidates galaxies massives à z = 17 et z = 20

La première image prise par le télescope spatial James Webb (JWST) publiée le 11 juillet 2022 montre des milliers de galaxies au coeur de l'amas massif SMACS 0723, mais l'image révèle également des galaxies bien plus éloignées. La masse de la grande galaxie spirale barrée située au centre du champ, des autres galaxies plus pâles ainsi que de la matière sombre (ou noire) qui les entoure génèrent des lentilles gravitationnelles, déformant leurs images mais aussi les grossissant et les rendant visibles ou plus faciles à distinguer.

Cette image fait partie d'une plus grande mosaïque prise avec la caméra proche infrarouge (NIRCam) du télescope spatial James Webb (JWST) dans la région de la Grande Ourse. Il s'agit de l'une des premières images obtenues par la collaboration Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS) spécifiquement mis en place pour  découvrir des galaxies lointaines. Document NASA/STScI/CEERS, TACC/S.Finkelstein, M.Bagley, Z.Levay.

Moins d'une semaine après que la NASA ait publié les premières données scientifiques du JWST, le serveur de préimpression "arXiv" fut inondé d'articles affirmant la découverte de galaxies si éloignées que leur lumière mit environ 13.5 milliards d'années pour nous atteindre. Beaucoup d'entre elles semblent plus massives que ce que prédit le modèle cosmologique Standard qui décrit la composition et l'évolution de l'Univers.

Ces tout premiers résultats semblent indiquer que des galaxies massives et lumineuses se sont déjà formées quelque 250 millions d'années après le Big Bang. Si cela était confirmé, cela remettrait sérieusement en question le modèle cosmologique actuel. Mais pour l'instant, ce n'est qu'une hypothèse.

Selon le cosmologiste Richard Ellis de l'University College de Londres et actuellement au Caltech, "Cela m'inquiète un peu que nous trouvions ces monstres dans les premières images", sous-entendant qu'il y a peut-être un manque de rigueur scientifique dans ces études.

Des articles en pagaille mais non validés

Le 19 juillet 2022 soit six jours seulement après la publication des premières données scientifiques du JWST, deux équipes indépendantes d'astronomes ont présenté leur analyse dans deux articles publiés en préimpression sur "arXiv". Les deux groupes, l'un dirigé par Rohan P. Naidu du CfA de l'Université d'Harvard et l'autre par Marco Castellano de l'Observatoire de Rome en Italie, ont trouvé deux galaxies candidates relativement brillantes à des décalages Doppler z ~11 et 13, c'est-à-dire évoluant dans un univers âgé de respectivement 400 et 325 millions d'années (voir plus bas GLASS-z13).

Quelques jours plus tard, dans deux autres articles publiés, l'un le 26 juillet 2022 par l'équipe de Callum Donnan de l'Université d'Édimbourg, l'autre indépendamment le 3 août 2022 par l'équipe de Yuichi Harikane de l'Université de Tokyo, les chercheurs ont annoncé la découverte d'une galaxie étonnamment massive à un décalage Doppler z = 17 soit 225 millions d'années seulement après le Big Bang.

Dans un autre article publié le 23 juillet 2022, Haojing Yan de l'Université du Missouri et ses collègues ont même affirmé que certaines de leurs galaxies candidates pourraient atteindre un décalage Doppler z = 20 soit évoluer 180 millions d'années après le Big Bang.

Interviewé sur la validité de ces éventuelles découvertes, Ellis déclara : "Il est compréhensible que les jeunes équipes se précipitent" pour publier leurs résultats. Mais vu la vitesse à laquelle ces articles furent publiés, on peut imaginer qu'ils avaient préparé leur article à l'avance. Selon l'astronome Mariska Kriek de l'Observatoire de Leiden, experte de l'astronomie extragalactique, certains de ces groupes ont peut-être écrit de grandes parties de leur article à l'avance, ils n'ont donc eu qu'à remplir quelques chiffres et d'autres détails : "Ils ont cueilli les fruits à portée de main. Pour certaines personnes, il est simplement très important d'être le premier. Et bien sûr, tout le monde est très curieux de savoir ce qu'il y a dans les données."

Image du Quintette de Stefan prise par les caméras NIRCAM et MIRI du JWST.  Document Webb Space Telescope.

Comme expliqué plus haut, pour calculer la distance d'une galaxie, il faut disposer de mesures spectroscopiques précises, soit au moyen des spectromètres HR du JWST soit obtenues par le réseau interférométrique terrestre ALMA de l'ESO qui fonctionne à des longueurs d'ondes encore plus longues (submillimétriques et millimétriques) pour déterminer avec précision les décalages vers le rouge de ces galaxies.

Donc avant que la communauté ne valide ces données, les décalages vers le rouge signalés doivent être confirmés par spectroscopie. Mark McCaughrean, le conseiller scientifique principal de l'ESA publia ce commentaire sur Twitter : "Je suis sûr que certains d'entre eux seront [confirmés], mais je suis également sûr qu'ils ne le seront pas tous. […] Tout cela ressemble un peu à une ruée vers le sucre en ce moment." En effet, c'est une chose de publier un article sur arXiv, mais c'en est une autre de déclarer une découverte dans un article validé par ses pairs publié dans une revue académique prestigieuse.

Jusqu'à présent, les astronomes ont trouvé des galaxies candidates éloignées dans quatre zones du ciel. Certains chercheurs ont exploré le voisinage de SMACS 0723-73, d'autres se sont penchés sur deux sondages en cours, le GLASS (Grism Lens-Amplified Survey from Space) et le CEERS précité, respectivement dans le Sculpteur et le Bouvier. De plus, trois candidates ont été découvertes dans l'image du Quintette de Stephan situé dans Pégase.

Mais il est difficile de suivre toutes ces découvertes potentielles, en partie parce que chaque équipe utilise sa propre nomenclature. Par exemple, la galaxie candidate à z = 17 est cataloguée ID93316, CEERS-1749 ou encore CR2-z17-1. Naidu et ses collègues l'ont même surnommée la galaxie de Schrödinger en raison de sa nature indécise (au lieu d'être une galaxie primitive, il pourrait s'agir d'une galaxie très poussiéreuse à un décalage z = 5, correspondant à 12.6 milliards d'années).

Le plus étonnant est le rythme auquel le JWST découvre des galaxies lointaines. Comme le déclara Ellis, "Chaque jour est une petite aventure." Cette flambée de découvertes paraît suspecte, surtout que deux d'entre elles proviennent de la même équipe, celle de Naidu.

Vers une révision du modèle ΛCDM ?

Mais si ces découvertes sont confirmées, elles pourraient remettre en question le modèle standard de la cosmologie. En effet, selon le modèle ΛCDM de la matière sombre (ou noire) et froide, l'évolution de l'Univers est régie par l'énergie sombre (Λ) et la tout aussi mystérieuse matière sombre et froide (CDM) qui représente près de 85% de toute la matière.

Selon le modèle ΛCDM, les toutes premières galaxies pourraient se former à peine 200 millions d'années après le Big Bang, mais elles seraient peu denses et pâles, ressemblant à de petites galaxies naines. Au lieu de cela, certaines des galaxies candidates éloignées détectées dans les données du JWST semblent contenir environ 1% de la masse de notre Galaxie, ce qui est énorme à cette époque précoce.

Ivo Labbé de l'Université de Technologie de Swinburne en Australie et ses collègues ont même trouvé une candidate à z = 10 soit évoluant 500 millions d'années après le Big Bang dont la masse est déjà comparable à notre Galaxie. Selon une étude récente de Michael Boylan-Kolchin de l'Université du Texas à Austin, le modèle ΛCDM prédit au plus une telle galaxie massive dans une région du ciel 1000 fois plus grande.

Le fait de découvrir des galaxies massives si tôt après le Big Bang suggère qu'il faut revoir l'évolution des étoiles et des galaxies dans l'Univers primitif et donc réviser le modèle ΛCDM.

Mais fort de son expérience, le cosmologiste David Spergel de l'Université de Princeton ne s'alarme pas encore : "Je pense que nous devons être prudents face à ces déclarations." Selon Spergel, les estimations de la masse d'une galaxie éloignée sont basées sur sa luminosité observée à différentes longueurs d'onde (qui pour l'occasion pourrait être affectée par l'étalonnage en cours de l'instrument). Mais les estimations supposent également que les nombres relatifs d'étoiles de faible masse et de masse élevée sont les mêmes que dans la Voie Lactée. Cependant, les pressions et les températures plus élevées dans l'Univers primitif auraient pu empêcher la formation d'étoiles de faible masse à cette époque.

Selon Spergel, "A de faibles décalages vers le rouge, la majeure partie de la masse se trouve dans des étoiles de faible masse. Ce n'est peut être pas vrai à des décalages vers le rouge élevés. Je soupçonne que nous apprenons que la formation d'étoiles de grande masse était très efficace" dans l'univers primitif.

Comme souvent, le verdict final dépendra des mesures spectroscopiques précises. Affaire à suivre.

GLASS-z13 : z ≈ 13

Dans le cadre des programmes "Early Release Science" du JWST (cf. CEERS et GLASS), Rohan P. Naidu du CfA de l'Université d'Harvard et ses collègues ont recherché des galaxies lumineuses à z > 10. Grâce à la caméra NIRCam du JWST travaillant entre 1-5 microns et couvrant un champ de 49 minutes d'arc carrés, les chercheurs ont découvert deux objets de magnitude absolue d'environ -21 en UV : GLASS-z13 et GLASS-z11.

GLASS-z13 se trouve aux coordonnées équatoriales A.D.: 0h 13m 59.76s, Décl.: -30° 19' 29.1" et GLASS-z11 aux coordonnées équatoriales A.D.: 0h 14m 02.86s, Décl.: -30° 22' 18.7".

L'observation de la raie Lyman α dans leur spectre a permis aux chercheurs de calculer leur redshift qui fut estimé à respectivement z ≈ 13.1 et z ≈ 10.9. Leur découverte fit l'objet d'un article publié en préimpression sur "arXiv" en 2022. Il doit donc encore être validé et les données confirmées par de nouvelles mesures.

Dans le cadre du programme GLASS, des astronomes ont découvert une petite galaxie rouge lumineuse nommée GLASS-z13 située à ~13.4 milliards d'années-lumière. Documents NASA/CSA/ESA/STScl, GLASS-JWST/T.True, R.P.Naidu et al. (2022), M.Castellano et al. (2022) et P. Oesch et G.Brammer (2022).

Les modélisations indiquent que les deux galaxies ont une masse équivalente à un milliard de masses solaires, ce qui suppose que les étoiles qu'elles contiennent se sont formées à peine 325 à 400 millions d'années après le Big Bang. GLASS-z13 mesure environ 1600 années-lumière de rayon (cette mesure correspond au rayon effectif, r50, qui contient 50% de la luminosité totale de la galaxie) tandis que GLASS z-11 mesure environ 2280 années-lumière de rayon et serait une galaxie à disque. Leur taux de production d'étoiles, SFR50, est de ~7 M/an pour GLASS-z13 et ~12 M/an pour GLASS-z11.

GLASS-z13 réside à ~13.4 milliards d'années. Elle établit un nouveau record de distance détenu jusqu'ici par la galaxie GN-z11 (voir plus bas).

Selon Naidu, "Si ces galaxies sont à la distance que nous avons calculée, l'univers n'a que quelques centaines de millions d'années à ce moment-là. Il est possible que le JWST puisse voir plus loin et découvre des galaxies âgées de seulement 200 millions d'années évoluant à l'époque de l'Aube Cosmique".

HD1 : z = 13.27

Dans deux articles publiés dans "The Astrophysical Journal" (en PDF sur arXiv) et les "MNRAS" en 2022 (en PDF sur arXiv), une équipe internationale d'astronomes a annoncé la découverte de la galaxie HD1 à z = 13.27 soit à plus de 13.39 milliards d'années-lumière, à un âge où l'univers avait seulement ~300 millions d'années. C'est 100 millions d'années plus ancien que le précédent record détenu par la galaxie GN-z11 (voir ci-dessous).

La galaxie HD1 située à z=13.27. Document CfA/Harvard-Smithsonian.

Pour identifier HD1, les chercheurs ont combiné les observations du télescope VLT de l'ESO, du télescope spatial Spitzer de la NASA et du réseau ALMA. Sa distance est basée sur l'analyse d'une seule raie, celle de l'oxygène [OIII] qui indique un redshift z=13.27 avec une précision de 4σ. Les données d'ALMA indiquent également un z~13.

HD1 est extrêmement brillante en lumière ultraviolette. Pour expliquer ce phénomène, les chercheurs estiment  que "certains processus énergétiques s'y produisent ou, mieux encore, se sont produits il y a quelques milliards d'années".

HD1 est 10 à 100 fois plus petite que la Voie Lactée mais créée des étoiles à un taux 110 fois supérieur à celui de notre Galaxie. Elle pourrait contenir des étoiles de Population III. Il est également possible que ce soit un AGN qui abrite déjà un trou noir supermassif de 100 millions de masses solaires.

De nouvelles mesures sont encore nécessaires pour confirmer sa distance et sa masse.

Enfin, les chercheurs ont annoncé qu'ils utiliseront les nouveaux télescopes spatiaux (JWST en 2023, Nancy Grace Roman vers 2027 et GREX-PLUS vers 2030) pour l'analyser en détails.

GN-z11 : z = 10.957

Le meilleur exemple qu'une prédiction peut être invalidée par l'observation est la découverte de la galaxie GN-z11.

Dans le cadre du sondage GOODS impliquant les télescopes Hubble et Spitzer, le 3 mars 2016 Pascal Oesch de l'Université de Yale et ses collègues ont annoncé la découverte de GN-z11, une galaxie qui se situe à z = 11.09 soit 13.3 milliards d'années-lumière dans la Grande Ourse. Le calcul du décalage Doppler fut calculé sur base d'analyses spectroscopiques réalisées avec le grism du HST à basse résolution.

Le résultat fut affiné en 2020 par Linhua Jiang et ses collègues sur base de la détection de trois raies UV en émission : [CIII] à 1907 et 1909 μm et [OIII] à 1666 μm au repos mais décalées vers de plus longues longueurs d'ondes UV. Son nouveau décalage Doppler z = 10.957 avec une précision supérieure à 5σ (soit 1 chance sur 3.5 millions que ce soit une erreur) ce qui correspond à une distance de 13.299 milliards d'années-lumière.

A voir : Hubble Team Breaks Cosmic Distance Record, NASA, 2016

GN-z11 et sa localisation dans la Grande Ourse. Documents NASA/ESA/STScI et Rogelio Andreo adapté par l'auteur

GN-z11 évolue dans un univers ayant 3% de son âge actuel, au début de l'ère de réionisation (selon les données sur la polarisation du rayonnement à 2.7 K, à cette époque seulement 10% de l'Univers était réionisé), environ 300 millions d'années avant la fin des Âges Sombres.

GN-z11 est 25 fois plus petite que la Voie Lactée et sa masse est estimée à 1 milliard de masses solaires soit moins de 1% de la Voie Lactée. Cette galaxie transforme chaque année environ 24 masses solaires de gaz et de poussière en étoiles. On suppose qu'elle a rapidement grandit, son taux de formation stellaire étant 8 fois supérieur à celui de la Voie Lactée aujourd'hui (cf. K.Torii et al., 2019), ce qui permit à Hubble de la détecter et de l'analyser en détail.

Les astronomes ont toutefois été surpris qu'une galaxie aussi brillante et grande puisse exister seulement 200 à 300 millions d'années après la formation des premières étoiles car cet exemple n'est pas prédit par la théorie. Selon Garth Illingworth de l'Université de Californie à Santa Cruz, "son taux de croissance est vraiment très rapide, produisant des étoiles à un taux énorme pour former une galaxie d'un million de masses solaires si tôt", ce qui montre selon son collègue Ivo Labbe que "nous connaissons encore peu de choses sur l'Univers primordial". Il pose même la question "si nous ne sommes pas en train d'observer la première génération d'étoiles se formant autour des trous noirs ?" Le télescope spatial JWST devrait nous en dire plus.

Notons qu'en 2018 on découvrit une autre galaxie évoluant à cette époque reculée, MACS1149-JD1 située à z = 9.1 soit 13.18 milliards d'années-lumière.

SPT0615-JD, une galaxie candidate à z ≈ 10

Dans une étude publiée en 2018, une équipe de trente astronomes dirigée par le postdoctorant Brett Salmon du STScI annonça la découverte d'une galaxie située vers z ≈ 10 qui est aujourd'hui la galaxie la plus éloignée étudiée par les astronomes.

La jeune galaxie SPT0615-JD découverte grâce au sondage RELICS du STScI s'est formée 500 millions d'années après le Big Bang. Document STScI.

SPT0615-JD tel est le nom de cette galaxie a été identifiée dans le cadre du sondage RELICS du STScI. Les chercheurs ont analysé 41 amas de galaxies massives à la recherche de lentilles gravitationnelles. L'un de ces amas est SPT-CL J0615-5746. En combinant les données des deux télescopes spatiaux, comme on le voit à gauche les chercheurs ont découvert l'image déformée d'une galaxie rouge s'étendant sur 2" d'arc cataloguée SPT0615-JD. L'analyse spectrale révèle un redshift d'environ z ≈ 10, ce qui correspond à une distance de 13.2 milliards d’années-lumière. Autrement dit, nous l'observons donc telle qu'elle était 500 millions d'années après le Big Bang.

Cette galaxie présente une magnitude intrinsèque (corrigée de l'effet de lentille gravitationnelle) en bande H (1.45-1.8 μm) d'environ +27.6. Sa masse ne dépasse pas 3 milliards de masses solaires soit moins de 1/200e de la masse de la Voie Lactée pour un diamètre d'environ 2500 années-lumière, soit la moitié de la taille du Petit Nuage de Magellan. L'objet est donc une galaxie naine produisant des étoiles, en fait le prototype des jeunes galaxies qui sont apparues peu après le Big Bang.

Cette galaxie d'une taille angulaire appréciable sera l'un des premiers objectifs du télescope JWST qui est cent fois plus puissant que le Télescope Spatial Hubble.

Notons qu'en 2017, grâce au sondage RELICS, Salmon et ses collègues avaient déjà découvert 321 galaxies candidates à haut redshift (6 < z < 8 , MH +23) dans cette même région du ciel couvrant environ 14'x14'.

EGSY8p7 : z = 8.68

Le 6 août 2015, une équipe internationale d'astronomes annonça la découverte de la galaxie EGSY8p7. Son décalage Doppler z = 8.68. Il fut calculé sur base de spectres en haute résolution. La valeur est donc totalement fiable. Cette galaxie se situe à 13.23 milliards d'années-lumière. Après MACS1149-JD1 et GN-z11, c'est donc la troisième galaxie la plus éloignée de l'Univers. Cette galaxie évolue dans un Univers âgé de moins de 600 millions d'années soit juste un peu plus de 4% de son âge actuel.

EGSY8p7 fut découverte par le doctorant Guido Roberts-Borsani du Collège Universitaire de Londres (UCL) sur les photographies prises grâce aux télescopes spatiaux Hubble et Spitzer.

La découverte fut ensuite confirmée par une équipe d'astronomes utilisant le spectrographe infrarouge multi-objet MOSFIRE du télescope WM Keck de 10 m  d'Hawaï. Un spectre infrarouge fut obtenu après un temps d'intégration total de 4.3 heures.

Les astronomes ont déterminé la distance de cette galaxie à partir de la position des raies en émission de la série Lyman de l'hydrogène, notamment la raie Lyman α à 121.56 nm décalées jusqu'à 1177.6 nm, dans la partie proche infrarouge de son spectre !

Images de la galaxie EGSY8p7. Documents I.Labbé/U.Leiden, NASA/ESA/JPL-Caltech et Keck adapté par l'auteur.

La découverte des raies de la série de Lyman en émission à une aussi grande distance était inespérée car elles peuvent facilement être absorbées tout le long de la ligne de visée par les nombreux atomes d'hydrogène présents dans le milieu intergalactique (c'est la fameuse "forêt Lyman α" typique des spectres d'absorption des galaxies et des quasars lointains).

Mais comme le précise l'astronome Adi Zitrin du Caltech,"en pénétrant plus profondément dans l'Univers et donc vers des époques plus jeunes, l'espace entre les galaxies contiendra de plus en plus de nuages sombres d'hydrogène qui absorberont les signaux".

"Les premières galaxies montrant un tel déclin spectral apparaissent lorsque l'Univers avait environ 1 milliard d'années, ce qui équivaut à un redshift d'environ z = 6. A l'époque de z = 8.68, l'Univers devrait être rempli de nuages d'hydogène absorbants", déclara Zitrin.

Cette observation apporte donc de nouveaux indices sur le processus de réionisation cosmique au cours duquel les nuages obscurs d'hydrogène furent séparés en leurs protons et électrons constitutifs par la première génération de galaxies, celle contenant des étoiles de l'hypothétique "Population III" constituées d'hydrogène et d'hélium primordiaux issus directement du Big Bang.

Les simulations de la réionisation cosmique suggèrent que l'Univers était totalement opaque au rayonnement Lyman-alpha durant les premiers 400 millions d'années de l'histoire cosmique. Ensuite, progressivement, à mesure que les premières galaxies sont apparues, l'intense rayonnement UV de leurs jeunes étoiles a brûlé cet hydrogène obscurcissant dans des bulles de plus en plus vastes qui finalement ont "ionisé" la totalité de l'espace compris entre les galaxies, composé d'électrons libres et de protons. Arrivé à ce stade, le rayonnement Lyman α a pu se propager librement dans l'Univers jusqu'à parvenir sur Terre.

Selon le doctorant Sirio Belli du Caltech, "EGSY8p7 est à la fois intrinsèquement très lumineuse et très éloignée, présentant de fortes émissions d'hydrogène suggérant qu'elle est alimentée par une population inhabituelle d'étoiles très chaudes. Il est possible que cela soit l'indice que les galaxies contribuent au processus de réionisation. On peut concevoir que ce processus se déroule dans certaines régions de l'espace évoluant plus rapidement que d'autres, par exemple en raison de variations de densité de la matière d'un endroit à l'autre.

Une explication alternative est de considérer EGSY8p7 comme le premier exemple d'une génération primordiale de galaxies présentant un intense rayonnement très ionisant".

A propos de l'analyse de son spectre et de la question de la réionisation cosmique, lire l'article d'Adi Zitrin et al. (ApJ, 2015).

Des galaxies réionisant l'Univers entre z ~ 6 et 8

Grâce au programme "Frontier Fields" du HST, le 22 octobre 2015 et pour la première fois, une équipe internationale d'astronomes dirigée par Hakim Atek du Laboratoire d'Astrophysique de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) annonça avoir découvert plus de 250 galaxies naines impliquées dans le processus de réionisation de l'Univers.

Ces galaxies ont été découvertes dans trois amas de galaxies contenant des lentilles gravitationnelles, Abell 2744 (l'amas de Pandore), MACS J0416.1-2403 et MACS J0717.5+3745 et les champs associés présentant de hauts redshifts. A ce jour, c'est MACS J0717 qui présente les plus grandes lentilles gravitationnelles.

Les amas de galaxies Abell 2744 (l'amas de Pandore, à gauche), MACS J0416.1-2403 (centre) et MACS J0717.5+3745 photographiés par les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer. Il s'agit de compositages optique-proche IR (les agrandissements font entre 8.5-10 MB). Le champ de chaque image couvre environ 3'x3'. Grâce à l'effet généré par les lentilles gravitationnelles, les astronomes ont découvert à l'arrière-plan des dizaines de galaxies naines situées à plus de 13 milliards d'années-lumière impliquées dans le processus de réionisation de l'Uivers. Documents NASA/ESA/STScI/Spitzer.

Les galaxies étudiées présentent un décalage Doppler compris entre z ~ 6 et z ~ 8, certaines se situant à plus de 13 milliards d'années-lumière. Leur magnitude apparente varie entre +26 et +29 pour une magnitude absolue comprise entre -17 et -20 (fonction de luminosité UV) et ce qui est très brillant à cette distance.

Ces galaxies ont la particularité de s'être formées entre 600 et 900 millions d'années après le Big Bang. L'analyse de leur spectre en ultraviolet a révélé qu'elles étaient impliquées dans le processus de réionisation de l'univers.

Rappelons que pendant la période des Âges Sombres qui débuta environ 300000 ans après le Big Bang et dura 400000 ans, l'Univers était essentiellement constitué d'hydrogène neutre totalement opaque au rayonnement. Il fallut attendre que le rayonnement UV des étoiles "chauffe" l'hydrogène neutre pour ioniser totalement le milieu intergalactique constitué de protons (noyaux d'hydrogène) et d'électrons libres et qu'il devienne transparent. Ce changement d'état a permis ensuite au rayonnement Lyman alpha de se libérer des nuages d'hydrogène ionisé. C'est ce rayonnement que les astronomes recherchent dans le spectre des galaxies et des quasars les plus éloignés.

Si on établit le bilan de la contribution des galaxies massives et lumineuses qu'on observe à plus courte distance, on constate que leur énergie n'est pas suffisante pour expliquer la réionisation de l'hydrogène. Le bilan doit tenir compte d'autres sources comme le vent stellaire émit par les premières étoiles dites de Population III, les explosions de ces mêmes étoiles en supernovae et sur les nombreuses galaxies naines primitives, d'où l'intérêt d'utiliser les télescopes les plus puissants.

Cette étude a montré que la fin de la réionisation se situe aux alentours de 900 millions d'années après le Big Bang, correspondant à z=7.5, donc un peu plus tard que prévu, ce que d'autres études avaient déjà indiquées.

Ces travaux furent publiés dans "The Astrophysical Journal" en 2015 (en PDF sur arXiv) dont un résumé fut publié sur le site Hubble Space Telescope.

Notons qu'une étude similaire portant également sur l'amas Abell 2744 de Pandore fut publiée en 2014 par l'équipe dirigée par Masafumi Ishigaki de l'Université de Tokyo et comprenant notamment Ryota Kawamata dont les travaux sont cités dans le même article.

Deuxième partie

Les redshifts photométriques

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