Ce que les galaxies cosmiques-réfracteur Webb révèlent sur l’univers primitif

Début 2023, des astronomes utilisant le télescope spatial James Webb annoncent qu’ils ont découvert un groupe de galaxies « révolutionnaires » qui pourraient bouleverser nos idées sur la naissance des galaxies.

JWST est capable d’observer des galaxies très éloignées, et nous ne les voyons que 500 à 700 millions d’années après le Big Bang, donnant une fenêtre sur l’ère où les galaxies commençaient tout juste à se former.

On s’attendait à ce qu’il s’agisse de jeunes galaxies, et elles commençaient à peine à se développer, alors les astronomes ont été choqués de trouver six galaxies qui semblaient avoir des masses similaires à la Voie lactée.

« C’est notre premier aperçu en arrière jusqu’à présent, il est donc important que nous gardions l’esprit ouvert
Faites attention à ce que nous voyons », déclare Joel Lega de Université d’État de Pennqui ont participé à l’étude.

« La quantité de masse que nous avons détectée signifie que la masse connue des étoiles à cette période de notre univers est jusqu’à 100 fois supérieure à ce que nous pensions auparavant. Même si nous réduisons l’échantillon de moitié, c’est toujours un changement étonnant », déclare Lega.

« La révélation que la formation de galaxies massives a commencé si tôt dans l’histoire de l’univers bouleverse ce que beaucoup d’entre nous pensaient être une science établie. »

Pour en savoir plus sur la façon dont ce matériau de broyage cosmique est détecté et ce que cela signifie, nous avons parlé à Erica Nelson, professeure adjointe d’astrophysique à l’Université du Michigan. Université du Colorado à Boulderqui faisait partie de l’étude.

Comment était l’univers primitif ?

Au commencement il n’y avait rien : ni temps ni espace. Puis le Big Bang s’est produit et tout est apparu – toute la lumière et la matière de notre univers.

L’univers primitif était un endroit chaud, dense et turbulent, et les types de choses qui pouvaient se former à cette époque étaient très différents de ceux qui peuvent se former aujourd’hui.

Que recherchait votre équipe de recherche ?

Nous essayions de voir les premiers objets lumineux de l’univers.

Le télescope spatial James Webb (JWST) a été construit pour revenir sur les premiers âges cosmiques afin de rechercher ces objets lumineux. On ne sait pas encore jusqu’où elles ont existé dans le passé.

Nous ne pensions pas que JWST aurait la sensibilité nécessaire pour voir des étoiles individuelles, alors nous recherchions plutôt les galaxies les plus brillantes.

Comment as-tu fait ta découverte ?

Je clignotais entre les images du télescope spatial Hubble et les images du JWST et j’ai remarqué ces points flous qui étaient très rouges et brillants et qui n’étaient pas présents dans les images Hubble.

Nous avons commencé à essayer de comprendre ce qu’ils étaient.

Nous analysions les données et nous avons découvert que l’une d’elles était une galaxie massive, très tôt dans l’univers.

Ensuite, notre collaboration a découvert plus de ces objets de type galactique.

À quelle époque ces galaxies existaient-elles ?

La plus ancienne date d’environ 500 millions d’années après le Big Bang.

Ces premières galaxies avaient à peu près le même nombre d’étoiles que notre propre Voie lactée, peu de temps après la formation des premières étoiles.

En comparaison, notre propre Voie lactée a mis 14 milliards d’années pour se former : toute l’histoire de l’univers.

Vous attendiez-vous à voir de telles galaxies ?

Nous avons des théories en cosmologie, dont l’une dit que l’univers a commencé par un big bang il y a 14 milliards d’années.

Cette théorie fait des prédictions sur la façon dont les grandes galaxies devraient pouvoir arriver à une époque particulière de l’histoire de l’univers.

Sur la base de ces prédictions, nous ne pensions pas que les galaxies devaient exister aux premiers temps où nous les avons découvertes ; Ce n’est pas possible dans les théories actuelles de la cosmologie.

Nous appelons ces galaxies « briseurs d’univers » parce qu’elles brisent l’idée que les galaxies massives ont mis des milliards d’années à se former, un principe fondamental de notre compréhension de l’univers.

Quelle est la prochaine étape pour les chercheurs à la recherche de ces « découpes d’univers » ?

Tout d’abord, nous devons vérifier qu’un ou plusieurs de ces objets sont une galaxie, car nous n’avons jamais vu de telles choses auparavant.

Nous voulons également en trouver davantage pour déterminer s’il s’agit d’une sorte d’anomalie statistique ; L’univers est grand et le morceau de ciel que nous avons regardé est petit.

La seconde est que nous devons obtenir plus de données JWST sur ces objets, en particulier des données spectrales, et cela nous dira s’ils sont réels.

Comment les données spectroscopiques confirmeront-elles qu’il s’agit de galaxies ?

Tout le monde dit qu’une image vaut mille mots mais pour nous, un spectre vaut mille images.

En utilisant le spectre, nous pouvons dire si la lumière que nous voyons provient, disons, d’un quasar. Elle permet également de confirmer la distance de ces objets et donc leur ancienneté.

Si ce ne sont pas des galaxies, que pourraient-elles être d’autre ?

Nous avons obtenu des données supplémentaires sur l’un des objets en décembre, et il s’est avéré qu’il s’agissait d’un petit quasar, pas d’une galaxie.

Un quasar est un trou noir supermassif qui dévore les étoiles, la poussière et le gaz qui l’entourent et convertit cette masse en énergie.

Des quasars incroyablement lumineux, certains des objets les plus brillants de l’univers – ce n’est pas contre-intuitif, étant donné qu’il s’agit de trous noirs.

Il est possible que d’autres soient des quasars, bien que nous ayons des preuves du contraire.

Nous avons pensé à d’étranges possibilités de ce que cela pourrait être, même si ce serait plus excitant si c’était quelque chose que nous n’avions pas envisagé auparavant.

Mais si l’une d’elles était une galaxie, cela remettrait en cause nos théories de la cosmologie.

Vous pouvez lire l’article complet sur www.nature.com/articles/s41586-023-05786-2

Cette interview est parue pour la première fois dans le numéro de juin 2023 de BBC Sky at Night Magazine.