L’univers primitif crépitait d’éclats de formation d’étoiles, montre Webb –

“Avec JADES, nous voulons répondre à de nombreuses questions, telles que : comment les premières galaxies se sont-elles assemblées ? À quelle vitesse ont-elles formé des étoiles ? Pourquoi certaines galaxies arrêtent-elles de former des étoiles ? » a déclaré Marcia Rieke de l’Université de l’Arizona à Tucson, co-responsable du programme JADES.

Usines d’étoiles

Ryan Endsley de l’Université du Texas à Austin a mené une enquête sur les galaxies qui existaient 500 à 850 millions d’années après le big bang. Ce fut une période cruciale connue sous le nom d’époque de la réionisation. Pendant des centaines de millions d’années après le big bang, l’univers était rempli d’un brouillard gazeux qui le rendait opaque à la lumière énergétique. Un milliard d’années après le big bang, le brouillard s’est dissipé et l’univers est devenu transparent, un processus connu sous le nom de réionisation. Les scientifiques se sont demandé si les trous noirs supermassifs actifs ou les galaxies pleines d’étoiles jeunes et chaudes étaient la principale cause de la réionisation.

Dans le cadre du programme JADES, Endsley et ses collègues ont étudié ces galaxies avec l’instrument NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb pour rechercher des signatures de formation d’étoiles – et les ont trouvées en abondance. “Presque toutes les galaxies que nous trouvons montrent ces signatures de lignes d’émission inhabituellement fortes indiquant une formation d’étoiles récente intense. Ces premières galaxies étaient très douées pour créer des étoiles chaudes et massives”, a déclaré Endsley.

Ces étoiles brillantes et massives ont pompé des torrents de lumière ultraviolette, qui ont transformé le gaz environnant d’opaque en transparent en ionisant les atomes, en éliminant les électrons de leurs noyaux. Étant donné que ces premières galaxies avaient une si grande population d’étoiles chaudes et massives, elles ont peut-être été le principal moteur du processus de réionisation. La réunion ultérieure des électrons et des noyaux produit les raies d’émission distinctement fortes.

Endsley et ses collègues ont également trouvé des preuves que ces jeunes galaxies ont subi des périodes de formation rapide d’étoiles entrecoupées de périodes calmes où moins d’étoiles se sont formées. Ces à-coups peuvent avoir eu lieu lorsque les galaxies ont capturé des amas de matières premières gazeuses nécessaires à la formation des étoiles. Alternativement, comme les étoiles massives explosent rapidement, elles peuvent avoir périodiquement injecté de l’énergie dans le milieu environnant, empêchant le gaz de se condenser pour former de nouvelles étoiles.

L’univers primordial révélé

Un autre élément du programme JADES implique la recherche des premières galaxies qui existaient lorsque l’univers avait moins de 400 millions d’années. En étudiant ces galaxies, les astronomes peuvent explorer en quoi la formation des étoiles dans les premières années après le big bang était différente de ce que l’on voit à l’époque actuelle. La lumière des galaxies lointaines est étirée vers des longueurs d’onde plus longues et des couleurs plus rouges par l’expansion de l’univers – un phénomène appelé décalage vers le rouge. En mesurant le décalage vers le rouge d’une galaxie, les astronomes peuvent savoir à quelle distance elle se trouve et, par conséquent, quand elle existait dans l’univers primitif. Avant Webb, il n’y avait que quelques dizaines de galaxies observées au-dessus d’un décalage vers le rouge de 8, lorsque l’univers avait moins de 650 millions d’années, mais JADES a maintenant découvert près d’un millier de ces galaxies extrêmement lointaines.

L’étalon-or pour déterminer le décalage vers le rouge consiste à examiner le spectre d’une galaxie, qui mesure sa luminosité à une myriade de longueurs d’onde étroitement espacées. Mais une bonne approximation peut être déterminée en prenant des photos d’une galaxie à l’aide de filtres qui couvrent chacun une bande étroite de couleurs pour obtenir une poignée de mesures de luminosité. De cette façon, les chercheurs peuvent déterminer des estimations pour les distances de plusieurs milliers de galaxies à la fois.

Kevin Hainline de l’Université de l’Arizona à Tucson et ses collègues ont utilisé l’instrument NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb pour obtenir ces mesures, appelées redshifts photométriques, et ont identifié plus de 700 galaxies candidates qui existaient lorsque l’univers se situait entre 370 millions et 650 millions. ans. Le nombre de ces galaxies était bien au-delà des prédictions des observations faites avant le lancement de Webb. La résolution et la sensibilité exquises de l’observatoire permettent aux astronomes d’avoir une meilleure vue de ces galaxies lointaines que jamais auparavant.

“Auparavant, les premières galaxies que nous pouvions voir ressemblaient à de petites taches. Et pourtant, ces taches représentent des millions, voire des milliards d’étoiles au début de l’univers”, a déclaré Hainline. “Maintenant, nous pouvons voir que certains d’entre eux sont en fait des objets étendus avec une structure visible. Nous pouvons voir des groupements d’étoiles naître seulement quelques centaines de millions d’années après le début des temps.”

“Nous constatons que la formation des étoiles dans l’univers primitif est beaucoup plus compliquée que nous ne le pensions”, a ajouté Rieke.

Ces résultats sont rapportés au 242^nd réunion de l’American Astronomical Society à Albuquerque, Nouveau-Mexique.