How big is Distance au champ profond de Hubble (HDF)?

Le champ profond de Hubble est une image d'une minuscule portion de ciel presque vide, prise par le télescope spatial Hubble en 1995. Elle montre environ 3 000 galaxies à des distances très diverses. Les plus lointaines dont la distance était confirmée, en 2000, sont vues par une lumière partie il y a environ 12,8 milliards d'années et qui a parcouru environ 12,8 milliards d'années-lumière pour atteindre la Terre (une année-lumière est la distance que parcourt la lumière en un an). Comme l'univers s'est étendu depuis, ces galaxies se trouvent aujourd'hui à environ 27 milliards d'années-lumière.

Distance

Il n'existe pas de distance unique pour le champ profond de Hubble. L'image regarde à travers un étroit tube d'espace, et les galaxies qu'elle contient se situent à toutes les distances le long de ce tube. Les astronomes déterminent l'éloignement d'une galaxie à partir de son décalage vers le rouge, une mesure de l'étirement de sa lumière par l'expansion de l'univers. Plus le décalage vers le rouge est élevé, plus la lumière est partie il y a longtemps.

En 2000, les astronomes avaient mesuré environ 150 décalages vers le rouge dans le champ principal, allant de 0,089 à 5,60. Les deux galaxies les plus lointaines, à des décalages vers le rouge de 5,34 et 5,60, ont d'abord été repérées grâce à leur couleur, puis confirmées en 1998. La plupart des galaxies de l'image sont trop faibles pour que leur décalage vers le rouge puisse être mesuré de cette façon.

Convertir un décalage vers le rouge en distance nécessite un modèle de l'expansion de l'univers. Avec les valeurs mesurées par le satellite Planck, la lumière correspondant à un décalage vers le rouge de 5,60 est partie il y a environ 12,8 milliards d'années, quand l'univers avait environ 1 milliard d'années. L'espace s'est étiré pendant le trajet de cette lumière, si bien que la galaxie qui l'a émise se trouve aujourd'hui à environ 27 milliards d'années-lumière. Selon le même modèle, les galaxies les plus proches du champ, à un décalage vers le rouge de 0,089, sont à environ 1,3 milliard d'années-lumière.

Comparaisons de taille

• Le champ profond de Hubble couvre une portion de ciel à peu près aussi large qu'une pièce de dix cents (un dime) vue à 23 mètres.
• Cette portion représente environ un treizième de la largeur de la pleine Lune. Il faudrait environ 28 millions d'images de cette taille pour couvrir tout le ciel.
• La lumière du Grand Mur d'Hercule-Couronne boréale, une structure proposée à des décalages vers le rouge de 1,6 à 2,1, est partie il y a environ 10 milliards d'années. C'est environ 2 à 3 milliards d'années plus tard que la lumière des galaxies confirmées les plus lointaines du champ profond.
• Le bord de l'univers observable se trouve aujourd'hui à environ 46 milliards d'années-lumière. Une galaxie à un décalage vers le rouge de 5,60, aujourd'hui à environ 27 milliards d'années-lumière, se trouve un peu plus qu'à mi-chemin de ce bord.

Comment l'image a été réalisée

Robert Williams, alors directeur du Space Telescope Science Institute, a consacré une grande partie de son propre temps d'observation au projet. Son équipe a choisi un point situé près du manche du Grand Chariot, dans la constellation de la Grande Ourse, loin du plan encombré de la Voie lactée. Hubble en a pris 342 expositions en dix jours, du 18 au 28 décembre 1995.

Les expositions ont été prises en lumière ultraviolette, bleue, rouge et infrarouge, puis combinées en une seule image en couleur. La plupart des galaxies sont environ quatre milliards de fois trop faibles pour être visibles à l'œil nu. Ce champ est considéré comme représentatif de l'ensemble du ciel, car l'univers se ressemble dans toutes les directions.

Champs plus profonds

Hubble a renouvelé le projet dans le ciel austral en 1998, avec le champ profond sud de Hubble, dans la constellation du Toucan. En 2004, le champ ultra-profond de Hubble a utilisé des expositions totalisant un million de secondes et a montré environ 10 000 galaxies. Ses images ont atteint certaines des toutes premières galaxies formées après le Big Bang.

Sources

• Hubble's Deepest View of the Universe Unveils Bewildering Galaxies across Billions of Years. NASA, 1996.
• Hubble's Deep Fields. NASA Science.
• The Hubble Deep Fields. Ferguson et al., Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 2000.
• Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters. Planck Collaboration, Astronomy and Astrophysics, 2020.
• Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the Universe. Davis and Lineweaver, Publications of the Astronomical Society of Australia, 2004.
• Possible structure in the GRB sky distribution at redshift two. Horváth et al., Astronomy and Astrophysics, 2014.