Disséquer le milieu interstellaire d'une galaxie très lointaine

L'un des principaux thèmes de l'astrophysique actuelle est l'étude des propriétés des galaxies dans le premier milliard d'années après le Big Bang. Le JWST fait d'énormes progrès dans cette direction. Cependant, les composants du gaz neutre, qui est un ingrédient essentiel des galaxies à grand redshift1  et du milieu circumgalactique2 , et qui contient la majorité des métaux, restent insaisissables. Le moyen le plus efficace de définir les caractéristiques de ce gaz est d'utiliser les raies d'absorption détectées dans le spectre d'une source lumineuse de fond, telle que la rémanence d'un sursaut gamma de longue durée (LGRB)3 .

Dans cet article, une équipe scientifique qui implique des laboratoires du CNRS-INSU (voir encadré), a observé avec le spectrographe X-shooter de l'ESO/VLT l'un des GRBs les plus lointains jamais découverts : GRB210905A à un redshift z=6,3. Une analyse détaillée du spectre d'absorption optique/NIR de la rémanence a été effectuée. L’équipe a détecté de l'hydrogène neutre ainsi que d'autres éléments légers/lourds tels que le carbone, l'oxygène, le magnésium, l'aluminium, le silicium et le fer. L’équipe a ainsi pu déterminer la métallicité, l'appauvrissement en poussières, la cinématique et l'abondance chimique de la galaxie hôte du GRB, en trouvant des indications de nucléosynthèse due à des étoiles massives. L’équipe a eu la chance exceptionnelle de sonder le gaz neutre d'une galaxie à fort redshift, alors que l'Univers n'avait que 0,9 Gyr. Les résultats montrent le puissant potentiel des GRBs pour accéder à des informations détaillées sur les propriétés des galaxies à grand redshift, indépendamment de la luminosité de la galaxie. Des observations photométriques et spectroscopiques profondes avec ESO/VLT/MUSE, HST et JWST offriront la possibilité unique de combiner les propriétés du gaz neutre avec celles du gaz ionisé d'une galaxie z>6.

À l'avenir, ce type d'études sera également réalisé avec les GRBs qui seront détectés par la mission sino-française SVOM prévue pour fin 2023.

• 1Le décalage vers le rouge (redshift en anglais) est un phénomène astronomique de décalage vers les grandes longueurs d'onde des raies spectrales et de l'ensemble du spectre - ce qui se traduit par un décalage vers le rouge pour le spectre visible - observé parmi les objets astronomiques lointains.
• 2Le milieu circumgalactique (CGM) est le lieu des échanges de gaz entre la galaxie et son milieu environnant, et est par conséquent un élément clef à observer pour comprendre les phénomènes qui régissent la formation et l'évolution des galaxies.
• 3La spectroscopie optique et proche infrarouge (NIR) des rémanences lumineuses des LGRBs dévoile la signature d'absorption du gaz le long de leur ligne de visée.