L’un des principaux thèmes de l’astrophysique actuelle est l’étude des propriétés des galaxies dans le premier milliard d’années après le Big Bang. Le James Webb Telescope (JWST) fait d’énormes progrès dans cette direction. Cependant, le gaz neutre, qui est un ingrédient essentiel des galaxies à grand redshift (ou décalage vers le rouge) qui contient la majorité des métaux, reste insaisissable.
Le gaz neutre réside à la fois dans les galaxies, et autour des galaxies, dans le milieu circumgalactique (CGM).
Le moyen le plus efficace de définir les caractéristiques de ce gaz est d’utiliser les raies d’absorption détectées dans le spectre d’une source lumineuse de fond, telle que la rémanence d’un sursaut gamma de longue durée (LGRB pour Long Gamma-Ray Bursts). La spectroscopie optique et proche infrarouge des rémanences lumineuses des LGRBs dévoile la signature d’absorption du gaz le long de leur ligne de visée.
Dans cet article, une équipe scientifique qui implique le laboratoire GEPI de l’Observatoire de Paris - PSL, a observé avec le spectrographe X-shooter de l’ESO/VLT l’un des GRBs les plus lointains jamais découverts : GRB210905A à un redshift z=6,3.
Une analyse détaillée du spectre d’absorption optique/NIR de la rémanence a été effectuée. L’équipe a détecté de l’hydrogène neutre ainsi que d’autres éléments légers/lourds tels que le carbone, l’oxygène, le magnésium, l’aluminium, le silicium et le fer. L’équipe a ainsi pu déterminer la métallicité, l’appauvrissement en poussières, la cinématique et l’abondance chimique de la galaxie hôte du GRB, en trouvant des indications de nucléosynthèse due à des étoiles massives. L’équipe a eu la chance exceptionnelle de sonder le gaz neutre d’une galaxie à haut redshift, alors que l’Univers n’avait que 0,9 Gyr.
Les résultats montrent le puissant potentiel des GRBs pour accéder à des informations détaillées sur les propriétés des galaxies à grand z, indépendamment de la luminosité de la galaxie.
Des observations photométriques et spectroscopiques profondes avec ESO/VLT/MUSE, HST et JWST offriront la possibilité unique de combiner les propriétés du gaz neutre avec celles du gaz ionisé d’une galaxie à z>6.
À l’avenir, ce type d’études sera également réalisé avec les GRBs qui seront détectés par la mission sino-française SVOM prévue pour fin 2023.