Révolution en cosmologie : le télescope spatial James Webb a découvert des groupes de galaxies primordiaux

Les dernières données d’observation du télescope spatial James Webb (JWST) offrent une perspective impressionnante sur les origines de l’univers. Les premières structures pourraient avoir émergé bien plus tôt qu’on ne le supposait auparavant.

Image composite en couleur du groupe le plus massif dans le champ COSMOS-Web. L’image du JWST est superposée à l’émission de rayons X amplifiée (en rose). Image : ESA/Webb, NASA et ASC, G. Gpzamoasm, K. Virolainen, A. Koekemoer, M. Franco

Avec l’aide du télescope spatial James Webb (JWST), les astronomes sont parvenus à localiser des structures particulièrement précoces de l’univers. En utilisant une technique de filtrage à haute sensibilité, les chercheurs ont identifié de nombreux groupes de galaxies dont les origines remontent à douze milliards d’années, bien plus tôt qu’on ne le pensait jusqu’à présent.

On estime que le Big Bang s’est produit il y a 13,787 ± 0,02 milliards d’années, ce qui correspond à l’âge supposé de l’univers.

Cette découverte remet fondamentalement en question l’idée communément admise de l’évolution temporelle des structures cosmiques. « Nous pouvons démontrer que peu après le Big Bang sont apparues des structures à grande échelle comparables aux groupes de galaxies actuels », déclare le professeur Matteo Maturi, de l’université de Heidelberg, qui a dirigé le groupe de recherche international rassemblant des scientifiques de 13 pays. Les résultats ont été publiés dans la prestigieuse revue Astronomy & Astrophysics.

À la recherche de galaxies lointaines

Les études s’appuient sur les données du programme COSMOS-Web, l’un des plus vastes projets d’observation réalisés à ce jour avec le JWST. Il cartographie une portion du ciel avec une haute résolution dans différentes gammes de longueurs d’onde. L’attention se porte sur des galaxies lointaines dont la lumière a voyagé pendant des milliards d’années avant d’être captée par le JWST : un véritable regard direct sur l’histoire cosmique primitive.

Le défi, en analysant de telles données, a été de détecter même les structures les plus faibles et les plus éloignées.

L’Institut d’astrophysique théorique de Heidelberg a mis au point une méthode de filtrage spéciale reposant sur l’algorithme AMICO (Adaptive Matched Identifier of Clustered Objects), conçu spécifiquement pour identifier les groupes de galaxies. Dans l’étude actuelle, cet algorithme a été testé à des profondeurs inédites – avec succès.

Au total, l’équipe a découvert 1678 groupes de galaxies dans la région du ciel étudiée. Environ 670 d’entre eux ont été détectés avec une pureté particulièrement élevée de 90 %, ce qui constitue une mesure de la fiabilité des résultats. Environ 850 groupes ont également été confirmés grâce à des données spectroscopiques, permettant de déterminer précisément leur position et leur distance dans l’univers.

Quatre exemples de découvertes issues du catalogue des groupes à différents décalages vers le rouge. Les cercles indiquent les galaxies membres, codées par couleur selon leur probabilité d’appartenance, avec leur décalage vers le rouge mentionné à côté de chaque cercle. Image : Toni et al., 2025

Ce catalogue est le « plus profond » de son genre à ce jour, explique Maturi. Il nous offre une perspective unique sur la phase initiale de la formation des structures et constitue une base cruciale pour les études à venir. Particulièrement enthousiasmante est la découverte de groupes de galaxies avec des décalages vers le rouge supérieurs à z = 2, ce qui correspond à une époque où l’univers avait moins de trois milliards d’années.

Les groupes de galaxies représentent un élément central du réseau cosmique, la structure à grande échelle dans laquelle la matière est répartie à travers l’univers. Ils sont considérés comme un maillon intermédiaire entre les galaxies isolées et les vastes amas de galaxies.

L’équipe de recherche prévoit désormais de mener des analyses supplémentaires afin d’étudier les propriétés physiques des structures nouvellement découvertes, comme leur masse, leur composition chimique ou

Ce travail illustre les possibilités qu’ouvrent les télescopes modernes comme le télescope spatial James Webb : grâce à sa sensibilité et sa résolution exceptionnelles, il révolutionne notre compréhension de l’univers jeune et de la cosmologie.

Les données offrent de nouvelles connaissances sur la formation des premiers groupes de galaxies, ainsi qu’une base essentielle pour les futurs modèles d’évolution des structures cosmologiques.

Référence de l'article :

Toni, G., Gozaliasl, G., Maturi, M. et al. (2025): The COSMOS-Web deep galaxy group catalog up to z = 3.7. Astronomy & Astrophysics.