Le télescope James Webb de la NASA nous rapproche des limites de l’Univers observable, proches du Big Bang
Le télescope spatial James Webb s’est rapproché de l’aube cosmique avec la découverte d’une galaxie brillante qui existait 280 millions d’années après le Big Bang.
Le télescope spatial James Webb de la NASA a une nouvelle fois dépassé ses propres objectifs, tenant sa promesse d’élargir les limites de l’Univers observable et de nous rapprocher de l’aube cosmique, avec la confirmation d’une galaxie brillante qui existait 280 millions d’années après le Big Bang.
Webb a déjà montré qu’il finirait par dépasser pratiquement tous les jalons fixés lors de ses premières années d’exploitation, mais la galaxie récemment confirmée, MoM-z14, apporte des indices intrigants sur la chronologie de l’histoire de l’Univers et sur le degré de différence entre l’Univers primitif et ce que les astronomes attendaient.
« Avec Webb, nous pouvons voir plus loin que les humains ne l’ont jamais fait auparavant, et cela ne ressemble en rien à ce que nous avions prédit, ce qui est à la fois stimulant et enthousiasmant », a déclaré Rohan Naidu, de l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du Massachusetts Institute of Technology (MIT), auteur principal d’un article consacré à la galaxie MoM-z14 publié dans l’Open Journal of Astrophysics.
En raison de l’expansion de l’Univers, entraînée par l’énergie sombre, l’analyse des distances physiques et du temps écoulé devient particulièrement complexe à ces échelles. En utilisant l’instrument NIRSpec (spectrographe proche infrarouge) de Webb, les astronomes ont confirmé que MoM-z14 présente un décalage vers le rouge cosmologique de 14,44, ce qui signifie que sa lumière a voyagé à travers l’espace en expansion, en s’étirant et en se décalant vers des longueurs d’onde plus longues et plus rouges, pendant environ 13,5 des 13,8 milliards d’années estimées d’existence de l’Univers.
« Nous pouvons estimer la distance des galaxies à partir des images, mais il est très important d’assurer un suivi et de la confirmer grâce à une spectroscopie plus détaillée, afin de savoir exactement ce que nous observons et à quelle époque », a expliqué Pascal Oesch, de l’Université de Genève, cochercheur principal de l’étude.
Caractéristiques intrigantes
MoM-z14 fait partie d’un groupe croissant de galaxies étonnamment brillantes dans l’Univers primitif : elles seraient 100 fois plus nombreuses que ce que prévoyaient les études théoriques avant le lancement de Webb, selon l’équipe de recherche.
« Il existe un écart de plus en plus marqué entre la théorie et l’observation concernant l’Univers primordial, ce qui soulève des questions convaincantes à explorer à l’avenir », a déclaré Jacob Shen, chercheur postdoctoral au MIT et membre de l’équipe de recherche.
Un domaine dans lequel chercheurs et théoriciens peuvent chercher des réponses est la population stellaire la plus ancienne de la Voie lactée. Un faible pourcentage de ces étoiles présente des teneurs élevées en azote, un phénomène également observé dans certaines observations de Webb de galaxies très précoces, dont MoM-z14.
« Nous pouvons nous inspirer de l’archéologie et considérer ces étoiles anciennes de notre galaxie comme des fossiles de l’Univers primitif, sauf qu’en astronomie, nous avons la chance que Webb observe si loin que nous disposons aussi d’informations directes sur les galaxies de cette époque. Il se trouve que nous observons certaines des mêmes caractéristiques, comme cet enrichissement inhabituel en azote », explique Naidu.
Étant donné que la galaxie MoM-z14 existait seulement 280 millions d’années après le Big Bang, il n’y a pas eu suffisamment de temps pour que des générations d’étoiles produisent des quantités aussi élevées d’azote que ce que les astronomes auraient attendu. Une hypothèse, selon les chercheurs, est que l’environnement dense de l’Univers primitif a favorisé la formation d’étoiles supermassives capables de produire davantage d’azote que n’importe quelle étoile observée dans l’Univers local.
L’héritage de la découverte se poursuit
Bien avant le lancement du télescope Webb, des indices laissaient déjà penser que quelque chose de très inattendu s’était produit dans l’Univers primitif, lorsque le télescope spatial Hubble de la NASA a découvert la brillante galaxie GN-z11, 400 millions d’années après le Big Bang. Webb a confirmé la distance de cette galaxie, la plus lointaine jamais observée. Depuis, Webb remonte toujours plus loin dans l’espace et le temps, en découvrant des galaxies étonnamment brillantes comme GN-z11.
À mesure que Webb continue de mettre au jour davantage de ces galaxies à la luminosité inattendue, il devient clair que les premières n’étaient pas le fruit du hasard. Les astronomes attendent avec impatience que le futur télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, grâce à la combinaison d’images infrarouges à haute résolution et d’un champ de vision extrêmement large, porte à plusieurs milliers l’échantillon de ces galaxies précoces, brillantes, compactes et chimiquement enrichies.
« Pour comprendre ce qui se passe dans l’Univers primitif, nous avons vraiment besoin de davantage d’informations : des observations plus détaillées avec Webb et un plus grand nombre de galaxies afin d’identifier les caractéristiques communes, ce que Roman pourra apporter », a déclaré Yijia Li, étudiante en master à l’Université d’État de Pennsylvanie et membre de l’équipe de recherche. « C’est un moment incroyablement enthousiasmant, car Webb révèle l’Univers primitif comme jamais auparavant et nous montre tout ce qu’il reste encore à découvrir ».
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