SDSS J123415.69+390116.4
# SDSS J123415.69+390116.4

SDSS J123415.69+390116.4 est une galaxie naine compacte bleue de type petit pois de la constellation des Chiens de chasse. Elle a été découverte en décembre 2018 par une équipe d'astronomes internationale avec les données de la 14e publication du Sloan Digital Sky Survey. Elle est située à ~183 millions d'années-lumière de la Terre, correspondant à un décalage vers le rouge de z = 0.133.

Elle est connue parmi les scientifiques pour être une galaxie dont la métallicité est l'une des plus basses voire la plus basse jamais mesurée. La présence exceptionnellement faible d'oxygène et son taux de formation d'étoiles très élevé ont fait que la galaxie a suscité un fort intérêt de recherche scientifique quant aux propriétés des galaxies petit pois et des galaxies à sursauts de formation.

## Composition chimique

Depuis la découverte de cette galaxie, des études ont été effectuées pour faire évolué nos connaissances sur ce type assez rare de galaxie. Dans ce courant, en 2019, une équipe de scientifique dirigée par Yuri I. Izotov fit une spectroscopie optique avec le Large Binocular Telescope et son instrument Multi-Object Dual Spectrograph (MODS).

L'étude résultant confirme que l'objet observé partage des propriétés avec les galaxies naines compactes bleues, et permet de mesurer son décalage vers le rouge à z = 0,133. D'autre part, ses propriétés sont extrêmes à bien des égards ; son abondance en oxygène de [O/H] = 7,035 ± 0,026 est parmi les plus faibles jamais observées pour ce type de galaxie. Elle présente également une magnitude absolue de -17,35, ce qui en fait la galaxie la plus brillante parmi ses sœurs connues. Avec sa faible métallicité, sa faible masse stellaire estimée à $10^{7.13}$ $M_☉$ et son très faible rapport masse/luminosité, qui a pu être estimé à 0,01 unité solaire, elle s'écarte fortement des relations masse/métallicité et luminosité/métallicité définies par la majeure partie de ce type de galaxies. Elle est trois à cinq fois plus pauvre en métaux que les autres galaxies pour sa masse stellaire.

L'équipe de Izotov précise que les galaxies proches les plus déficientes en métaux, avec des abondances faibles d'oxygène, sont souvent considérées comme les meilleurs homologues locaux des galaxies naines à décalages vers le rouge élevés. Elles partagent plusieurs propriétés, outre leurs très faibles métallicités, elles ont de faibles masses stellaires, des taux de formation d'étoiles spécifiquement élevés, de grandes réserves d'hydrogène moléculaire et une structure compacte. Par conséquent, ces rares galaxies voisines extrêmement pauvres en métaux constituent d'excellentes cibles pour étudier les conditions physiques qui régnaient dans les galaxies à l'époque de la réionisation de l'Univers.

Ces faits semblent ce confirmer chez SDSS J1234+3901, puisque l'observation spectroscopique, du Large Binocular Telescope, d'éléments lourds et d'une grande raie d'émission de l'hydrogène sous la forme HII marque la présence importante d'hydrogène moléculaire, contenu dans des régions HII à la périphérie de la galaxie. La mesure spectroscopique de la raie de l'oxygène doublement ionisé (entre 495 et 500 nm) montre que le gaz moléculaire est porté à une température effective de 21 900 ± 600 K. Celle ci est également utilisée pour calculer les abondances des ions $l'O^{3+},$ $l'O^{2+}$ et $Ne^{2+},$ en adoptant les modèles d'évolution stellaire (Meynet et al. (1994)) et les modèles d'atmosphère stellaire (Smith, Norris & Crowther (2002)). Les résultats obtenus font remarquer que dans le cas particulier de SDSS J1234+3901, la fraction des ions O+ est inférieure d'un ordre de grandeur à celle des ions O2+, ce qui est unique puisqu'aucune autre galaxie n'a une différence entre ces deux valeurs aussi importante, et est également une conséquence d'un manque de métaux. Il est également observer par ces valeurs que la galaxie possède un nombre très bas de nébuleuses, surtout celles dont l'abondance en oxygène et en néon est forte.

Des mesures de Searle & Sargent datant de 1972, permettent d'associer le spectre optique de SDSS J1234+3901 à la même classe spectrale que I Zwicky 18, une galaxie bien connue pour ses caractéristiques rares. Plus récemment, d'autres galaxies du même type, avec des métallicités plus faibles, par exemple SBS 0335−052W, ont été trouvés, et celles-ci ont permis d'acroite le nombre de cibles pour les études de ce type de galaxie. Cependant, seuls très peu de galaxies naines compactes, dont les propriétés se rapprochent de celles de SDSS J1234+3901, ont été découvertes jusqu'à présent, ce qui rend cet objet très rare et intéressant.

Les caractéristiques physiques de J1234+3901 (voir ci-dessus) sont dérivées en adoptant une distance de luminosité de la distance de la galaxie, obtenue à partir du décalage vers le rouge et de la loi de Hubble-Lemaître, avec des paramètres cosmologiques communément admis. La magnitude absolue de la galaxie, corrigée par un calcul à cause l'extinction de la Voie lactée, est de -17,35. Ainsi, SDSS J1234+3901 est la galaxie naine la plus lumineuse connue. Comme la plupart des autres galaxies de ce type, extrêmement déficientes en métaux, elle s'écarte fortement de la relation luminosité/métallicité définie par la majeure partie des galaxies à forte formation d'étoiles, ce qui rend les mesures plus complexes et moins précise.

## Formation d'étoiles

Une caractéristique importante du spectre de SDSS J1234+3901 est la présence d'une forte raie d'émission nébulaire étroite de l'ion He II. Une raie d'émission He II similairement forte a été détectée par Izotov et al. dans le spectre d'une autre galaxie similaire, J0811+4730. Cette raie d'émission est observée assez souvent dans les galaxies à sursauts de formation à faible métallicité (Thuan & Izotov 2005 ; Shirazi & Brinchmann 2012), mais très rarement avec un flux supérieur à 2 % de celui de la raie d'émission de l'hydrogène bêta, comme c'est le cas pour les galaxies naines classiques. Son origine dans le spectre de J0811+4730 provient d'un forte formation d'étoiles, il est donc probable que son origine de celui de SDSS J1234+3901 soit de même.

Plusieurs mécanismes ont été proposés pour la création de rayonnements ionisants durs d'énergie, responsables de la production de l'ions He II suivie d'une émission de recombinaison dans la même raie. En particulier, Izotov, Thuan & Privon (2012) ont examiné l'émission de rayons X émanant des noyaux actifs et de binaires à rayons X de masse élevée. Bien que ces deux options ne peuvent pas être exclues en tant que sources de photons ionisants durs, elles sont considérés comme peu probables pour la majorité des galaxies de faible masse avec une formation active d'étoiles en cours, comme c'est le cas avec SDSS J1234+3901. Le mécanisme le plus favorisé est le rayonnement ultraviolet extrême émis par les étoiles massives venant de se former et des chocs radiatifs relativement rapides provenant de vents stellaires puissants.

Le taux de formation d'étoiles dans J1234+3901, obtenu par une mesure de la raie Hα et Hβ, en utilisant une méthode d'étalonnage (Kennicutt (1998)), est égal à 1,1 $M_☉/an-1.$ L'histoire de la formation d'étoiles dans J1234+3901 a connu un récente accélération depuis 10 millions d'années et elle devrait maintenir un rythme d'environ 1 $M_☉/an-1$ pendant 100 milliards d'années, indicatif d'une formation d'étoiles en cours très active. La luminosité moyenne d'une étoile dans SDSS J1234+3901 est de 9,12 ± 0,03 $L_☉$ et le flux total observé est de (4,9 ± 0,3) × $10^{40}$ $erg/s^{-1}.$

La formation d'étoiles de SDSS J123415.69+390116.4, crée de forts sursauts de formation ainsi que des expulsions de matière sous la forme de radiation. Elle contient aussi l'un des taux les plus forts d'ionisation, ionisation venant de la formation d'étoiles. Son spectre montre une forte raie d'émission de l'ion hélium II ainsi que celui de l'hydrogène bêta (Hβ). La source la plus probable de ce rayonnement ionisant est de chocs radiatifs rapides causés par la formation d'étoiles en cours. Son émission dans la distribution spectrale d'énergie montre qu'elle fuit probablement dans le rayonnement du continuum de Lyman, même si cette caractéristique est remise en doute en raison de sa rareté. C'est un bon candidat pour être une jeune galaxie naine, avec une grande partie de ses étoiles formées récemment. À ce titre, il s'agit probablement de l'un des meilleurs homologues locaux des galaxies primitives naines responsables de la réionisation de l'Univers primordial, dont les trois quarts des étoiles se sont formées il y a quelques millions d'années tous au plus.

