Deux fenêtres sur une même maison : comment l'ouverture de la fibre change le portrait d'une galaxie

‹›

Deux relevés astronomiques observent la même galaxie à travers des fenêtres différentes. La fenêtre de DESI est étroite, à peine une seconde et demie d'arc, et elle ne saisit que le noyau brillant. Celle de SDSS est deux fois plus large, trois secondes d'arc, et elle inclut également les bras externes. Si l'on compare une galaxie à une maison où un feu de cheminée brûle au centre et où de la poussière s'accumule dans les coins, la fenêtre étroite montrera une lumière chaude, tandis que la fenêtre large ajoutera des ombres grises. Les spectrographes situés derrière ces fenêtres recueillent la lumière et la décomposent en un arc-en-ciel, où chaque raie raconte la composition du gaz.

Les auteurs de la nouvelle étude ont pris 20 545 galaxies présentes dans les deux catalogues et ont vérifié si leurs portraits chimiques concordaient. Pour éviter que les fenêtres ne brouillent l'image, tous les spectres ont été retraités avec le même pipeline : soustraction de la lumière stellaire, ajustement des raies brillantes du gaz, et conservation uniquement des paires de bonne qualité. L'échantillon final de 20 200 objets s'est avéré suffisamment grand pour détecter même de faibles écarts. Il en ressort que la fenêtre étroite modifie systématiquement plusieurs diagnostics : O3N2, qui estime les abondances d'oxygène et d'azote, se décale de −0,0327 dex, et le décrément de Balmer, sensible à la poussière, de −0,0195 dex. Pour donner un ordre de grandeur, 0,03 dex correspond à une variation de flux d'environ 7 pour cent.

Le décalage n'est pas constant : plus la galaxie est lointaine, plus l'effet est marqué. À un décalage vers le rouge de 0,030, le O3 médian se décale de −0,0106 dex, tandis qu'à 0,111, il se décale déjà de −0,0268 dex. La raison en est que la galaxie lointaine paraît plus petite, et que la fenêtre étroite, relativement à sa taille, devient plus large, capturant davantage de régions externes. Mais même après avoir tenu compte de la distance, il subsiste une dépendance à la manière dont la fibre se projette sur la galaxie. Si l'on divise l'échantillon selon la couverture relative, la différence entre les terciles supérieur et inférieur pour O3N2 atteint +0,0063 dex dans l'échantillon complet et +0,0117 dex parmi les galaxies purement formatrices d'étoiles. Autrement dit, deux fenêtres pointées sur la même maison ne montrent pas seulement des vues différentes, mais pèsent aussi les pièces de manière différente.

Auparavant, les astronomes savaient qu'une ouverture fixe pouvait fausser les diagnostics d'émission, mais personne n'avait mesuré directement l'ampleur du décalage pour la paire DESI et SDSS. C'est désormais chose faite sur un grand échantillon avec un pipeline unique, et le résultat peut être utilisé comme correction. Si l'on ne tient pas compte de ces centièmes de dex, l'analyse conjointe des deux relevés produira de fausses différences de métallicité ou d'ionisation, comme si l'on décrivait une même maison à partir de photographies prises par des fenêtres différentes, en oubliant que ces fenêtres ont des largeurs différentes. La prochaine étape consiste à vérifier si les décalages persistent avec d'autres méthodes de soustraction de la lumière stellaire, et à étendre la calibration aux galaxies à noyau actif.

Deux fenêtres sur une même maison sont désormais calibrées l'une par rapport à l'autre. Les astronomes qui combinent les données de DESI et de SDSS peuvent convertir les mesures d'une fenêtre à l'autre, sachant à quel point la fenêtre étroite décale le portrait chimique. Cela n'élimine pas la différence, mais la rend prévisible, et l'on peut ainsi étudier la maison dans son ensemble, sans craindre que la fenêtre ne trompe.