Une galaxie unique déconcerte les astronomes

La seule galaxie inattendue 3C 297, découverte à 9,2 milliards d’années-lumière de la Terre, a remis en question les théories existantes sur la formation des galaxies. Les chercheurs suggèrent qu’il pourrait s’agir de l' »amas fossile » le plus éloigné jamais découvert, dans lequel l’une des galaxies a absorbé ses anciens compagnons.

La galaxie lointaine – et solitaire – semble avoir aspiré toutes ses galaxies compagnes précédentes. Cette partition est composée de[{ » attribute= » »>NASA’s Chandra X-ray Observatory and the International Gemini Observatory may push the limits for how quickly astronomers expect galaxies to grow in the early universe.

The unexpectedly solo galaxy is located about 9.2 billion light-years from Earth and contains a quasar, a supermassive black hole pulling in gas at the center of the galaxy and driving powerful jets of matter seen in radio waves. The environment of this galaxy, known as 3C 297, appears to have the key features of a galaxy cluster, enormous structures that usually contain hundreds or even thousands of galaxies. Yet 3C 297 stands alone.

“It seems that we have a galaxy cluster that is missing almost all of its galaxies,” said Valentina Missaglia of the University of Torino in Italy, who led the study. “We expected to see at least a dozen galaxies about the size of the Milky Way, yet we see only one.”

The galaxy 3C297 has been discovered to be lonelier than expected, implying it has likely pulled in and absorbed its former companion galaxies. 3C297 contains a quasar, a supermassive black hole pulling in gas at the center of the galaxy and driving powerful jets of matter seen in radio waves. X-ray data from Chandra, radio data from the Karl G. Jansky Very Large Array and visible data from Gemini suggest that even though 3C297’s surroundings possess many features of a galaxy cluster, all but one galaxy remains. There is also visible light and infrared data from Hubble in this composite. Astronomers think this last large galaxy assimilated the others through its gravitational pull, and may push the limits for how quickly astronomers expect galaxies to grow in the early universe. Credit: X-ray: NASA/CXC/Univ. of Torino/V. Missaglia et al.; Optical: NASA/ESA/STScI & International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA; Infrared: NASA/ESA/STScI; Radio: NRAO/AUI/NSF

Missaglia and her colleagues see two key traits of a galaxy cluster in the Chandra X-ray data. First, the X-ray data reveals the lone galaxy is surrounded by large quantities of gas with temperatures of tens of millions of degrees — something normally seen in galaxy clusters.

Second, the supermassive black hole’s jet has created an intense source of X-rays about 140,000 light-years away, implying that it has plowed into gas surrounding the galaxy. A third trait of galaxy clusters possessed by 3C 297, previously reported in Karl G. Jansky Very Large Array data, is that one of the radio jets is bent, showing that it has interacted with its surroundings.

Despite having these important features of a galaxy cluster, Missaglia’s team’s data from the Gemini Observatory in Hawaii revealed that none of the 19 galaxies that appear close to 3C 297 in a Gemini optical image, and that have accurate distance measurements, are actually at the same distance as the lonely galaxy.

« La question est, qu’est-il arrivé à toutes ces galaxies? » a déclaré le co-auteur Juan Madrid de l’Université du Texas Rio Grande Valley. « Nous pensons que la force gravitationnelle d’une grande galaxie combinée aux interactions entre galaxies était très forte, et elle a fusionné avec la grande galaxie. Pour ces galaxies, il semble que la résistance était inutile. »

Les chercheurs pensent que 3C 297 n’est plus un amas de galaxies, mais un « amas fossile ». Il s’agit de la dernière étape pour une galaxie qui se rapproche et fusionne avec plusieurs autres galaxies. Alors que de nombreux autres amas de fossiles ont été découverts auparavant, celui-ci est particulièrement éloigné, à 9,2 milliards d’années-lumière. (Les précédents détenteurs de records pour les groupes fossiles étaient à une distance de 4,9 et 7,9 milliards d’années-lumière).

« Il peut être difficile d’expliquer comment l’univers a pu créer ce système seulement 4,6 milliards d’années après le Big Bang », a déclaré le co-auteur Misha Shermer de l’Institut Max Planck d’astronomie. « Cela ne brise pas nos idées sur la cosmologie, mais cela commence à repousser les limites de la vitesse à laquelle les galaxies et les amas de galaxies doivent se former. »

Les auteurs ne peuvent pas exclure la présence de galaxies naines autour de 3C 297, mais leur présence n’explique pas l’absence de galaxies plus grandes comme la Voie lactée. Des exemples proches sont M87 dans l’amas de la Vierge, qui a eu de grands compagnons galactiques pendant des milliards d’années. Cependant, 3C 297 passera des milliards d’années seul.

Pour en savoir plus sur cette découverte, voir Les astronomes ont découvert une mystérieuse galaxie solitaire.

La nouvelle étude a été publiée dans le numéro de janvier 2023 de le[{ » attribute= » »>Astrophysical Journal.

Reference: “Powerful Yet Lonely: Is 3C 297 a High-redshift Fossil Group?” by Valentina Missaglia, Juan P. Madrid, Mischa Schirmer, Francesco Massaro, Alberto Rodríguez-Ardila, Carlos J. Donzelli, Martell Valencia, Alessandro Paggi, Ralph P. Kraft Chiara Stuardi and Belinda J. Wilkes, 14 December 2022, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4365/ac9f3e

NASA’s Marshall Space Flight Center manages the Chandra program. The Smithsonian Astrophysical Observatory’s Chandra X-ray Center controls science operations from Cambridge, Massachusetts, and flight operations from Burlington, Massachusetts.