Une lentille cosmique révèle la chimie d'une galaxie lointaine express
Une immense loupe de gravité a agrandi une galaxie lointaine, et les astronomes ont plongé dans sa cuisine chimique. Le télescope ALMA, dans le désert chilien, a reçu un nouveau récepteur qui capte les ondes radio entre 67 et 116 gigahertz — comme si un poste de radio, enfin, apprenait à entendre toute une gamme de stations d'un coup. En le pointant vers la galaxie SPT-S J002706-5007.4, dont la lumière a voyagé près de 12 milliards d'années jusqu'à nous, les scientifiques ont pour la première fois observé l'émission de molécules qui échappaient auparavant aux observations.
Parmi les nouvelles venues : le monoxyde de carbone (CO) et l'acide cyanhydrique (HNC). Leurs signaux ont révélé des nuages de gaz denses et chauds, baignés d'un ultraviolet intense provenant de jeunes étoiles. Environ 17 % du gaz dans ces nuages — c'est comme si, dans chaque mètre cube d'air urbain, on trouvait soudain 170 litres d'eau : une quantité inhabituelle pour le milieu interstellaire ordinaire. Un autre instrument du télescope, qui observe à des longueurs d'onde plus courtes, a montré que la galaxie est constituée de régions brillantes où naissent des étoiles, et ces régions produisent jusqu'à la moitié de toute la lumière.
Le nouveau récepteur d'ALMA ouvre la voie à des mesures précises des distances des galaxies à une époque où l'Univers était trois fois plus jeune. Les molécules comme le CO émettent à des fréquences strictement définies, et le décalage de ces fréquences permet de calculer la vitesse à laquelle la galaxie s'éloigne de nous. C'est comme déterminer la vitesse d'un train en écoutant le changement de ton de son sifflet. Dans les années à venir, cette méthode deviendra l'outil principal pour cartographier l'Univers lointain.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2604.01089
I present the first molecular line survey of the strongly lensed submillimetre galaxy SPT-S J002706-5007.4 ($$z = 3.44$$) using the new Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) Band~2 receivers (67 - 116 GHz), whose commissioning completes ALMA's full (sub-)millimetre frequency coverage. The broad spectral coverage from 76 to 111 GHz of the observations simultaneously accesses a large suite of molecular and atomic emission lines. I report the novel detections of the lines that were hitherto inaccessible at $$z = 3.44$$, CO (3-2) and HNC (4-3), as well as detections of previously-observed CO (4-3) transitions, the neutral carbon line [CI], HCN (5-4), HCO$$^{+}$$ (5-4), and HNC (5-4), with fluxes in line with previous observations. The CO spectral line energy distribution and [CI]/CO line ratios indicate highly excited, dense molecular gas with a strong far-ultraviolet radiation field. The dense gas fraction is estimated at $$17 \pm 9$$ per cent, consistent with other dusty star-forming galaxies selected from wide-area surveys. High-resolution Band 7 continuum imaging reveals a clumpy lensed morphology, with star-forming clumps contributing 30-50 per cent of the total emission. With multiple CO lines accessible across a wide redshift range, ALMA Band 2 is uniquely positioned as the premier tool for robust spectroscopic redshifts at Cosmic Noon and beyond ($$z \sim 1$$-$$6$$), a capability that will be further enhanced by the Wideband Sensitivity Upgrade's full-band coverage in fewer tunings.
La molécule d'acide cyanhydrique (HCN) sent l'amande amère, mais dans l'espace, elle est présente en quantités énormes et sert d'indicateur de gaz dense où naissent les étoiles.