Les réponses à certaines des questions les plus urgentes de la cosmologie sont masquées par la simple poussière. Il concerne le midi cosmique, une période de temps qui a commencé environ 2 milliards d'années après le Big Bang, lorsque presque toutes les galaxies ont connu une rafale de croissance et de formation d'étoiles rapides.
Les galaxies ont formé des étoiles à des taux 10 à 100 fois plus élevées qu'aujourd'hui, et elles sont devenues plus massives grâce à des fusions avec d'autres galaxies. Les halos de la matière noire ont également augmenté rapidement pendant cette période. Les astronomes veulent comprendre comment les galaxies se développent et évoluent, et le midi cosmique et son taux de formation d'étoiles élevé (SFR) et la croissance rapide sont une étape critique de l'évolution galactique.
La grande chose à propos des ondes radio est qu'elles sont relativement sans entrave par la poussière. Leurs longueurs d'onde plus longues leur permettent de passer à travers la poussière qui bloque la lumière optique. Cela signifie qu'ils peuvent être utilisés pour sonder le midi cosmique obstacle à la poussière, qui est partiellement bloqué aux observations en lumière optique.
De nouvelles recherches ont analysé les distributions d'énergie spectrale radio (SED) de 160 galaxies au cours du midi cosmique. Il a utilisé des données de Meerkat, du très grand tableau et du radiotélescope géant de l'onde de mètre pour séparer les ondes radio dans leurs composants séparés et pour tracer les propriétés des galaxies au fil du temps.
La recherche est publiée dans Le journal astrophysique Dans un article intitulé « La distribution de l'énergie spectrale radio et l'étalonnage de la formation d'étoiles dans les galaxies fortement formant des étoiles de Migheeeeeeee à 1,5 « L'étude de la distribution d'énergie spectrale radio (SED) des galaxies éloignées est essentiel pour comprendre leur assemblage et leur évolution au cours du temps cosmique », écrivent les chercheurs dans leur article. Tout ce que nous savons sur les galaxies découle de nos observations de la lumière qu'ils émettent, y compris les ondes radio et la lumière optique / visible. Les observations de lumière visible montrent que après le midi cosmique, les galaxies ont commencé à éteindre, ce qui signifie que leur SFR a été étranglé. Mais notre compréhension du SFR d'une galaxie est biaisée par nos observations de lumière visible, qui sont entravées par la poussière interstellaire. Étant donné que les ondes radio passent par la poussière, les observations radio peuvent compléter les observations de lumière visibles en révélant des aspects invisibles des galaxies au midi cosmique. « Cela nous a motivés à effectuer des observations radio profondes de plusieurs champs sur le ciel avec le radiotélescope sud-africain Meerkat, situé à 90 km à l'extérieur du petit Cap nord de Carnarvon, qui est un précurseur de l'Observatoire SKA », a déclaré le co-auteur du professeur Russ Taylor dans un communiqué de presse. Taylor est également le co-chercheur co-principe de l'enquête sur l'exploration extragalactique à plusieurs niveaux de MEERKAT (MILTOE). L'enquête MILTOE fournit des informations simultanées sur le continuum radio, la ligne spectrale et la polarisation pour étudier le SFR dans les galaxies pendant le temps cosmique. Il sonde également les champs magnétiques des galaxies pendant le temps cosmique. « Nos précédentes observations radio multi-fréquences des galaxies voisines ont montré que les signaux radio de 1 à 10 GHz fournissent un outil robuste pour mesurer le taux de formation des étoiles », a déclaré l'auteur principal Tabatabaei. « L'enquête de Mightee, combinée à d'autres enquêtes radio, nous a permis d'étendre nos études à 160 premières galaxies à midi cosmique et au-delà. » « Notre analyse détaillée montre que le spectre radio de ces galaxies évolue avec un taux de formation d'étoiles qui peut avoir des conséquences importantes dans notre compréhension des premières galaxies de formation d'étoiles », a déclaré le co-auteur et chercheur de l'IPM, le Dr Maryam Khademi. L'une des choses qu'ils ont mesurées est l'indice spectral synchrotron. C'est l'un des paramètres cruciaux dans la compréhension des rayons magnétiques des rayons cosmiques et des galaxies. Le rayonnement des synchrotron est émis par les rayons cosmiques (électrons à haute énergie) alors qu'ils spiralent le long des champs magnétiques. Ils ont constaté que l'indice spectral synchrotron s'apparente avec l'augmentation du taux de formation de décalage vers le rouge et des étoiles. L'aplatissement dans ce cas signifie que davantage d'électrons à haute énergie par rapport à des électrons à faible énergie ont été émis. Cette constatation indique que les électrons à rayons cosmiques étaient plus énergiques dans l'univers précoce, probablement entraînés par l'activité de formation d'étoiles supérieure. Mais les rayons cosmiques sont connus pour perdre de l'énergie rapidement, plus ils passent de temps dans les champs magnétiques en raison du rayonnement synchrotron qu'ils émettent dans les champs. Les spectres de ces premières galaxies montrent que ces rayons cosmiques ont gagné plus d'énergie dans les galaxies avec des taux de formation d'étoiles plus élevés où les champs magnétiques sont également plus forts. Qu'en est-il derrière l'écart? « Cela peut se produire si les champs magnétiques sont très emmêlés et turbulents dans ces systèmes », a déclaré le professeur Tabatabaei. « Les champs magnétiques turbulents aident les rayons cosmiques accélérer à des énergies plus élevées. Ces particules se dispersent et se découplent ensuite du champ. » Si c'est vrai, alors les galaxies cosmiques de midi doivent être intégrées dans des nuages ou des halos de rayons cosmiques à haute énergie. Les chercheurs ont également constaté que la corrélation infrarouge-radio (IRRC), une manière indirecte de mesurer le SED des galaxies éloignées, reste constante avec le décalage vers le rouge, malgré le même SED évoluant dans les ondes radio. Les halos des rayons cosmiques à haute énergie peuvent également l'expliquer. La recherche montre également que les observations radio sont des traceurs efficaces de formation d'étoiles à des décalages vers le rouge élevés. Il s'agit d'une découverte importante, car de puissants observatoires radio comme le tableau carré kilomètre seront bientôt opérationnels. Il cartographiera 1 milliard de galaxies à la radio et étudiera la formation et l'évolution des galaxies dans l'univers ancien, entre autres sujets. « Les travaux présentés dans cet article bénéficieront des prochaines enquêtes SKA profondes et multifréquences, ce qui aidera à effectuer une analyse SED plus robuste dans des échantillons plus complets », écrivent les chercheurs dans la conclusion de leur article.
