L'image de gauche montre une partie de notre ciel, appelée champ de Boötes, en lumière infrarouge, tandis que l'image de droite montre une mystérieuse lueur infrarouge d'arrière-plan capturée par le télescope spatial Spitzer de la NASA dans la même région du ciel. Crédit: NASA / JPL-Caltech
Qu'est-ce qui cause la lueur mystérieuse de rayonnement vue à travers le ciel entier par des télescopes infrarouges? La réponse peut résider dans une combinaison de concepts relativement nouveaux dans le domaine de l'astronomie et quelque peu controversés également. Les étoiles voyous qui ont été expulsées des galaxies peuvent être intégrées dans des halos de matière noire qui ont été théorisés pour entourer les galaxies. Bien que ces halos de matière noire n'aient été détectés qu'indirectement par l'observation de leurs effets gravitationnels, ils peuvent également contenir la source de la lueur énigmatique de fond du rayonnement.
"La lueur de fond infrarouge dans notre ciel est un énorme mystère", a déclaré Asantha Cooray de l'Université de Californie à Irvine, auteur principal de la nouvelle recherche publiée aujourd'hui dans la revue Nature. «Nous avons de nouvelles preuves que cette lumière provient des étoiles qui persistent entre les galaxies. Individuellement, les étoiles sont trop faibles pour être vues, mais nous pensons que nous voyons leur éclat collectif. »
La lueur collective provient de «l'interhalo» des halos de matière noire qui imprègnent l'Univers, et peut répondre à la grande question de savoir pourquoi la quantité de lumière observée dépasse la quantité de lumière émise par les galaxies connues.
«Les galaxies existent dans des halos de matière noire qui sont beaucoup plus gros que les galaxies; lorsque les galaxies se forment et fusionnent, le halo de matière noire s'agrandit et les étoiles et le gaz coulent au milieu du halo », a déclaré Edward L. (Ned) Wright de l'UCLA et un membre de l'équipe qui a utilisé le télescope spatial Spitzer pour rechercher la source de la lumière infrarouge. "Ce que nous disons, c'est qu'une étoile sur mille ne fait pas cela et est plutôt distribuée comme de la matière noire. Vous ne voyez pas très bien la matière noire, mais nous proposons qu’elle contienne en fait quelques étoiles - seulement un dixième de 1% du nombre d’étoiles dans la partie brillante de la galaxie. Une étoile sur mille est retirée de la galaxie visible et distribuée comme la matière noire. »
Le halo de matière noire n'est pas totalement sombre, a déclaré Wright. "Une infime fraction, un dixième de pour cent, des étoiles de la galaxie centrale a été dispersée dans le halo, ce qui peut produire les fluctuations que nous voyons."
Dans de grands groupes de galaxies, les astronomes ont trouvé des pourcentages beaucoup plus élevés de lumière intra-halo, pouvant atteindre 20%, a déclaré Wright.
Pour cette étude, Cooray, Wright et ses collègues ont utilisé le télescope spatial Spitzer pour produire une carte infrarouge d'une région du ciel dans la constellation Boötes. La lumière nous voyage depuis 10 milliards d'années.
"Vraisemblablement, cette lumière dans les halos se produit partout dans le ciel et n'a été mesurée nulle part ailleurs", a déclaré Wright, qui est également le chercheur principal de la mission WISE (Wide Field Field Infrared Survey Explorer) de la NASA.
"Si nous pouvons vraiment comprendre l'origine de l'arrière-plan infrarouge, nous pouvons comprendre quand toute la lumière dans l'univers a été produite et combien a été produite", a déclaré Wright. «L'histoire de toute la production de lumière dans l'univers est codée dans ce contexte. Nous disons que les fluctuations peuvent être produites par les bords flous des galaxies qui existaient en même temps que la plupart des étoiles ont été créées, il y a environ 10 milliards d'années. "
La lumière apparaît sur un motif taché dans les images Spitzer.
Les nouveaux résultats sont en contradiction avec une étude publiée cet été. Alexander "Sasha" Kashlinsky du Goddard Space Flight Center de la NASA et son équipe ont regardé cette même parcelle de ciel avec Spitzer et ont proposé que la lumière créant le motif inhabituel provienne des toutes premières étoiles et galaxies.
Dans la nouvelle étude, Cooray et ses collègues ont examiné les données d'une plus grande partie du ciel, appelée le champ Bootes, couvrant un arc équivalent à 50 lunes terrestres complètes. Ces observations n'étaient pas aussi sensibles que celles des études du groupe Kashlinsky, mais à plus grande échelle, les chercheurs ont pu mieux analyser le motif de la lumière infrarouge de fond.
"Nous avons examiné le champ Bootes avec Spitzer pendant 250 heures", a déclaré le co-auteur Daniel Stern du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie. "L'étude du fond infrarouge faible était l'un des objectifs principaux de notre enquête, et nous avons soigneusement conçu les observations afin de répondre directement à la question importante et difficile de ce qui cause la lueur de fond. "
L'équipe a conclu que le motif lumineux de la lueur infrarouge n'était pas conforme aux théories et aux simulations informatiques des premières étoiles et galaxies. Les chercheurs disent que la lueur est trop brillante pour provenir des premières galaxies, qui ne seraient pas aussi grandes ou aussi nombreuses que les galaxies que nous voyons autour de nous aujourd'hui. Au lieu de cela, les scientifiques proposent une nouvelle théorie pour expliquer la lumière tachetée, basée sur les théories de la lumière stellaire «intracluster» ou «intrahalo».
L'équipe a déclaré que davantage de recherches étaient nécessaires pour confirmer ces résultats, ajoutant que le télescope spatial James Webb devrait aider.
«La vision infrarouge aiguë du télescope James Webb sera capable de voir directement certaines des premières étoiles et galaxies, ainsi que les étoiles parasites qui se cachent entre les périphéries des galaxies voisines», a déclaré Eric Smith, directeur adjoint du programme JWST au siège de la NASA. à Washington. "Les objets mystères qui composent la lumière infrarouge de fond peuvent enfin être exposés."
Sources: NASA, UCLA
