A2744-JD1

L'initiative Hubble Frontier Fields est un programme d'observation de l'amas Abell 2744 (et d'autre) fait avec les données et images du télescope spatial Hubble, dans le domaine optique et proche infrarouge à une profondeur sans précédent. Des observations coordonnées avec le télescope spatial Spitzer ou d'autres télescopes au sol ont préparé le terrain pour faire progresser les compréhensions de l'univers primitif. Cet effort vise à atteindre de nouvelles frontières de profondeur dans les décalages vers le rouge élevés, afin que les scientifiques pensent dépasser la limite actuelle de Hubble pour les galaxies à très hauts décalages vers le rouge, afin de mieux caractériser les propriétés des premières galaxies et d'évaluer leur rôle dans la réionisation du milieu intergalactique. Le Hubble Frontier Fields atteindra cet objectif en tirant parti de la forte puissance de lentille gravitationnelle des amas de galaxies massifs, qui dévient, déforment et, surtout, amplifient les galaxies distantes. Grâce à ce grossissement, les objets d'arrière-plan, qui ne seraient normalement pas détectables, sont agrandis, autant en luminosité qu'en surface.

C'est dans le cadre du Hubble Frontier Fields que JD1 sera découverte. La première mention de son nom sera dans un article scientifique, publié le 4 septembre 2014 dans la revue scientifique The Astrophysical Journal, annonçant la découverte de 3 objets (les trois objets étant des images gravitationnelles de JD1), étant gravitationnellement déformés et dont le décalage vers le rouge est sensiblement au dessus de 10[4] (correspondant à des distances supérieures à ∼13,184 milliards d'a.l. (∼4,04 Gpc).)[2].

Son importante distance de 13,4 milliards d'années-lumière la place dans une phase de l'univers où les galaxies venaient à peine de se former, juste après la formation des étoiles de populations III. Cette phase, nommée l'univers primordial, se place après un décalage vers le rouge de 6,5, soit une temporalité se situant avant la phase de réionisation.

Lors de l'analyse des premières données du télescope spatial Hubble, la distance de JD1 est restée une source de conflit entre les différentes valeurs de décalage vers le rouge photométrique obtenues avec plusieurs bandes photométriques. Les images dans plusieurs longueurs d'onde ont d'abord suggéré un décalage vers le rouge de 11.09, ce qui correspond à la distance la plus probable pour JD1. Une autre analyse a, quant à elle, trouvé un décalage vers rouge de 2.5[4] (correspondant à une distance de 10,70 milliards d'années-lumière[2]). Deux autres analyses ont trouvé un décalage vers le rouge de 9.6 et 9.8[4] (correspondant à une distance de 13,14 à 13,16 milliards d'années-lumière[2]).

Une étude, faite un peu avant la découverte de JD1, avec plusieurs télescopes terrestres, permettra aux découvreurs de JD1C de faire une spectroscopie de la région de l'amas de Pandore. La spectroscopie a permis de mesurer les raies spectrales et leurs décalages dans le spectre électromagnétique, et le résultat est que JD1 se situe bien à un décalage vers le rouge 11.09, affinant les mesures ultérieures.

Sa distance fut ensuite confirmée, non seulement par la spectroscopie, mais par l'analyse de plusieurs images gravitationnelles de JD1 elle-même. Ces images gravitationnelles, nommées JD1A, JD1B et JD1C, ont toutes confirmé la distance de JD1 lorsque l'image, non déformée, de la galaxie fut accomplie à l'aide de plusieurs algorithmes, qui ont servi à inverser l'effet de la lentille sur JD1. Une fois l'image de la galaxie reconstituée, les scientifiques ont pu estimer, avec précision, le décalage vers le rouge et le décalage des raies spectrales de la galaxie et ainsi sa distance.

L'analyse des images a d'ailleurs permis de déterminer que sa masse est de ∼4 × 10⁷ M_☉. Les images infrarouge de Hubble ont permis de montrer que la galaxie est en phase de faible formation d'étoiles (0,3 M_☉/an¹), ce qui est, globalement, contraire aux modèles de formation et évolution des galaxies. Une raison de cette faible formation d'étoiles (pour sa position dans la chronologie de l'univers), et qu'elle soit très âgée et qu'elle ait déjà passé sa phase de formation d'étoiles. Si cette hypothèse est la bonne, son âge est d'environ 220 millions d'années (elle s'est donc formée à un décalage vers le rouge de 15) et elle n'est quasiment plus composée de poussière, puisque celle-ci a été transformée en étoiles. Son très jeune âge indique aussi qu'elle est composée d'étoiles très jeunes, possiblement des étoiles de type B et O, de grandes masses et qui évolueront bientôt en supernova (de type II), voire, pour les plus massives, en étoiles de Wolf-Rayet[4].

• (en) Image A, B et C sur la base de données Simbad du Centre de données astronomiques de Strasbourg.
• (en) Abell 2744 sur la base de données Simbad du Centre de données astronomiques de Strasbourg.