Une équipe internationale de chercheurs conduite par Raphael Gobat et Emanuele Daddi, du Service d'Astrophysique-AIM du CEA-Irfu, vient de découvrir un amas de galaxies évolué, le plus distant jamais observé, à une distance de plus de dix milliards d'années-lumière. C'est en utilisant les grands télescopes au sol du VLT (Very Large Telescope, ESO), joint aux données des satellites HST (Hubble Space Telescope, NASA-ESA) et XMM-Newton (ESA), que cette distance record a pu être mesurée.
"Nous avons mesuré la distance à l'amas de galaxies évolué le plus éloigné jamais trouvé ", dit Raphael Gobat du laboratoire "Astrophysique, Instrumentation et Modélisation" (CEA, CNRS, Université Paris Diderot), l'auteur principal de l'étude. "La chose surprenante est que, lorsqu'on le regarde attentivement, cet amas de galaxies ne semble pas jeune - de nombreuses galaxies se sont « assagies » et ne ressemblent pas aux galaxies à formation d'étoiles que l'on observe habituellement dans l'Univers primitif."
Les amas de galaxies sont les plus grandes structures de l'Univers. Les astronomes s'attendent à ce que ces amas grandissent au fil du temps et donc que les amas massifs soient rares dans l'Univers primitif. Bien que des amas plus éloignés aient déjà été observés, ils sont toujours apparus comme de jeunes amas en plein processus de formation et non pas comme des systèmes assagis et évolués. Ce groupement, baptisé J1449 CL 0856, avait toutes les caractéristiques indiquant qu'il s'agissait d'un amas de galaxies très éloigné tel qu'il était lorsque l'Univers avait environ trois milliards d'années - moins d'un quart de son âge actuel.
Une fois mesurée la distance de cet objet très rare, ces astronomes ont observé attentivement les galaxies qui le composent en utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA et de l'ESA, ainsi que des télescopes au sol, dont le VLT (Very Large Telescope, Observatoire européen austral). Ils ont trouvé des preuves suggérant que la plupart des galaxies de l'amas ne formaient pas d'étoiles, mais étaient composées d'étoiles déjà âgées d'environ un milliard d'années. Cela fait de cet amas un objet évolué d'une masse proche de la masse de l'amas de la Vierge, amas riche en galaxies et le plus proche de la Voie lactée.
Une autre preuve indiquant qu'il s'agit bien d'un amas évolué provient d'observations, réalisées avec XMM-Newton de l'ESA, de l'émission de rayons X provenant de J1449 CL 0856 . L'amas présente une émission de rayons X qui doit venir d'un nuage très chaud de gaz ténu remplissant l'espace entre les galaxies et concentré vers le centre de l'amas. Ceci est un autre signe de maturité pour un amas dont les galaxies sont solidement maintenues ensemble par sa propre gravité, alors que des amas très jeunes n'auraient pas eu le temps de piéger du gaz chaud de cette manière.
Comme Raphael Gobat conclut : "Ces nouveaux résultats renforcent l'idée que des amas évolués existaient quand l'Univers avait moins d'un quart de son âge actuel. De tels amas sont supposés être très rares selon la théorie actuelle et nous avons eu beaucoup de chance d'en repérer un. Mais si de nouvelles observations en trouvaient beaucoup plus, alors cela pourrait signifier que notre compréhension de l'Univers primitif devrait être revue."
