Un nouvel instrument pour étudier un réseau de filaments qui relie les galaxies à travers l’univers a capturé sa première image, une étape connue en astronomie sous le nom de « première lumière ». Le Keck Cosmic Reionization Mapper (KCRM) à l’observatoire WM Keck au sommet de Maunakea à Hawaiʻi, fournira des cartes détaillées du gaz autour des étoiles mourantes et d’autres objets cosmiques, et il cartographiera le soi-disant réseau cosmique qui relie et alimente les galaxies. L’instrument a récemment été installé à côté de son partenaire, le Keck Cosmic Web Imager (KCWI), qui a commencé ses opérations en 2017.
« J’ai envisagé cet instrument comme un spectrographe d’imagerie à deux bras en 2007, basé sur notre Palomar Cosmic Web Imager, mais le chemin a été long pour obtenir le financement, nous avons donc divisé l’instrument en deux moitiés », explique Christopher Martin, le chercheur principal de l’instrument et professeur de physique à Caltech. « KCWI faisait déjà de la science phénoménale avec un bras attaché dans le dos, alors maintenant c’est parti pour les courses. Il est normal que notre image de première lumière montre deux ‘bras’ de la nébuleuse de la tortue. Nous n’aurions pas réussi sans le le travail de notre fantastique équipe d’instruments et le soutien de Caltech, de l’observatoire Keck, de la National Science Foundation et d’un généreux donateur anonyme. »
L’image de la première lumière montre la nébuleuse de la tortue, ou NGC 6210, qui consiste en une étoile chaude et mourante qui a soufflé son enveloppe extérieure de matière. Dans l’image, qui combine les données du KCRM et du KCWI, on peut voir deux « bras » gazeux tronqués dépassant de la carapace de la « tortue », démontrant la puissance des instruments pour voir le gaz faible dans le cosmos. « Les armes ont été capturées facilement en moins d’une minute d’observation », explique Martin, qui est également directeur des observatoires optiques de Caltech. Alors que les bras avaient déjà été vus, c’est la première fois que leurs détails spectraux sont complètement cartographiés.
L’image spectrale, qui couvre la majeure partie de la gamme de longueurs d’onde optiques de KCWI et KCRM, de 350 à 1 000 nanomètres, a été capturée en environ cinq minutes. Plus de 80 raies d’émission spectrales individuelles provenant de nombreux éléments du tableau périodique ont été facilement détectées.
KCRM complète le concept original d’instrument KCWI pour produire un spectrographe d’imagerie qui est parmi les meilleurs au monde pour prendre des images spectrales d’objets cosmiques. Cela signifie que les astronomes peuvent étudier chaque pixel d’un objet imagé sur toute la couverture de longueur d’onde de l’instrument. Alors que KCWI couvre des longueurs d’onde allant de 350 à 560 nanomètres – ou l’extrémité bleue du spectre de la lumière visible – KCRM capture simultanément la lumière avec des longueurs d’onde comprises entre 560 et 1 080 nanomètres, ou l’extrémité rouge du spectre.
Parce que la lumière de l’univers lointain est étirée (décalée) vers des longueurs d’onde plus longues et plus rouges en raison de l’expansion de l’espace, KCRM peut voir plus loin dans le temps que KCWI. Cela signifie qu’il est particulièrement adapté pour enquêter sur les mystères entourant l’ère après le Big Bang, lorsque le cosmos était un tout-petit et que la lumière des premières étoiles a fait passer l’univers de l’obscurité à la lumière. Au cours de cette période, appelée l’époque de la réionisation (d’où le nom du KCRM), les premières étoiles et galaxies ont commencé à se former, émettant un rayonnement suffisamment puissant pour brûler à travers le brouillard sombre et dense d’hydrogène gazeux froid qui remplissait l’univers.
En plus d’étudier le réseau cosmique et l’époque de la réionisation, KCWI et KCRM peuvent observer des vents puissants qui se précipitent hors des galaxies, des jets de gaz autour de jeunes étoiles, des trous noirs, etc.
« Nous sommes ravis et fiers d’avoir fusionné KCRM avec KCWI », a déclaré Mateusz Matuszewski, chercheur principal en instrumentation chez Caltech. Nous attendons avec impatience les découvertes passionnantes que nous et la communauté des observateurs ferons avec ce nouvel instrument. Et nous sommes reconnaissants aux équipes d’ingénieurs de Caltech, UCO/Lick Observatory et Keck Observatory d’avoir fait de cet instrument une réalité. »