Galaxies à haut décalage vers le rouge et évolution cosmique

L'observation des galaxies à haut décalage vers le rouge permet aux astronomes de remonter le temps pour observer l'assemblage des galaxies, traçant ainsi l'évolution de la formation stellaire et des propriétés des galaxies au cours de l'histoire cosmique.

Definition

Les galaxies à haut décalage vers le rouge sont des galaxies observées à de grandes distances cosmologiques, dont la lumière a été émise lorsque l'univers était jeune ; leur étude permet de retracer l'évolution cosmique, c'est-à-dire le changement de la population de galaxies et du taux global de formation stellaire au cours de l'histoire de l'univers.

Scope

Ce sujet aborde les techniques utilisées pour détecter les galaxies lointaines, telles que la méthode de la rupture de Lyman, l'augmentation et la diminution de la densité du taux de formation stellaire cosmique, l'évolution des tailles, des masses et des morphologies des galaxies en fonction du décalage vers le rouge, le rôle des premières galaxies dans la réionisation cosmique, et l'impact des relevés en champ profond et infrarouges.

Core questions

• Comment les galaxies de l'univers lointain et jeune sont-elles détectées et confirmées ?
• Comment la densité du taux de formation stellaire cosmique a-t-elle évolué au fil du temps ?
• Comment la taille, la masse et la morphologie des galaxies évoluent-elles avec le décalage vers le rouge ?
• Quel rôle les premières galaxies ont-elles joué dans la réionisation de l'univers ?

Key theories

La technique de la rupture de Lyman

Les galaxies lointaines en formation d'étoiles sont identifiées par la chute abrupte de leur spectre vers le bleu de la limite de Lyman, ce qui permet de sélectionner de grands échantillons photométriquement par décalage vers le rouge.

L'histoire cosmique de la formation stellaire

Le taux de formation stellaire moyen en volume a augmenté depuis les premiers temps jusqu'à un pic il y a environ dix milliards d'années et a diminué depuis, définissant la chronologie de la croissance des galaxies.

Les premières galaxies et la réionisation

Les premières générations de galaxies sont considérées comme ayant produit les photons ultraviolets qui ont réionisé l'hydrogène intergalactique, reliant ainsi la formation des galaxies à une transition cosmique majeure.

Clinical relevance

Les observations à haut décalage vers le rouge constituent le témoignage le plus direct de l'évolution des galaxies et de l'univers, fournissant la chronologie empirique à laquelle les théories de la formation des galaxies doivent correspondre et orientant la conception des télescopes spatiaux à champ profond et infrarouges.

History

Les relevés d'imagerie profonde des années 1990, notamment le Hubble Deep Field et la sélection par rupture de Lyman de Steidel, ont ouvert l'univers à haut décalage vers le rouge à l'étude systématique. Le diagramme de Madau résultant de l'histoire cosmique de la formation stellaire, affiné par des relevés multi-longueurs d'onde et infrarouges, est devenu une référence pour l'évolution des galaxies.

Key figures

• Charles Steidel
• Piero Madau
• Mark Dickinson

Seminal works

• steidel1996
• madau2014
• dayal2018

Frequently asked questions

Pourquoi l'observation des galaxies lointaines signifie-t-elle remonter le temps ?

La lumière se propage à une vitesse finie, de sorte que la lumière provenant d'une galaxie très lointaine l'a quittée il y a des milliards d'années. Observer des galaxies à haut décalage vers le rouge les montre donc telles qu'elles étaient dans l'univers jeune, et non telles qu'elles sont aujourd'hui.

Qu'est-ce que le décalage vers le rouge ?

Le décalage vers le rouge est l'étirement de la lumière vers des longueurs d'onde plus longues à mesure qu'elle traverse l'univers en expansion. Un décalage vers le rouge plus élevé signifie que la lumière a été émise plus tôt et a parcouru une plus grande distance, de sorte que le décalage vers le rouge sert de mesure de la distance cosmique et du temps de regard en arrière.