Webb de la NASA lève le rideau sur les premières galaxies de l’univers

“Tout ce que nous voyons est nouveau. Webb nous montre qu’il existe un univers très riche au-delà de ce que nous imaginions”, a déclaré Tommaso Treu de l’Université de Californie à Los Angeles, chercheur principal sur l’un des programmes Webb. “Une fois de plus, l’univers nous a surpris. Ces premières galaxies sont très inhabituelles à bien des égards.”

Deux articles de recherche, dirigés par Marco Castellano de l’Institut national d’astrophysique de Rome, en Italie, et Rohan Naidu du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et du Massachusetts Institute of Technology de Cambridge, Massachusetts, ont été publiés dans Astrophysical Journal Letters.

Ces premiers résultats proviennent d’une initiative de recherche Webb plus large impliquant deux programmes Early Release Science (ERS): le Grism Lens-Amplified Survey from Space (GLASS) et le Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS).

Avec seulement quatre jours d’analyse, les chercheurs ont trouvé deux galaxies exceptionnellement brillantes dans les images GLASS-JWST. Ces galaxies existaient environ 450 et 350 millions d’années après le big bang (avec un décalage vers le rouge d’environ 10,5 et 12,5, respectivement), bien que les futures mesures spectroscopiques avec Webb aideront à le confirmer.

“Avec Webb, nous avons été étonnés de trouver la lumière stellaire la plus éloignée que quiconque ait jamais vue, quelques jours seulement après que Webb a publié ses premières données”, a déclaré Naidu à propos de la galaxie GLASS plus éloignée, appelée GLASS-z12, que l’on pense à ce jour. retour à 350 millions d’années après le big bang. Le précédent détenteur du record est la galaxie GN-z11, qui existait 400 millions d’années après le big bang (décalage vers le rouge 11.1), et a été identifiée en 2016 par l’observatoire Hubble et Keck dans des programmes de ciel profond.

“Sur la base de toutes les prédictions, nous avons pensé que nous devions rechercher un volume d’espace beaucoup plus grand pour trouver de telles galaxies”, a déclaré Castellano.

“Ces observations vous font exploser la tête. C’est un tout nouveau chapitre de l’astronomie. C’est comme une fouille archéologique, et soudain vous trouvez une ville perdue ou quelque chose que vous ne connaissiez pas. C’est juste stupéfiant”, a ajouté Paola Santini, quatrième auteur de Castellano et al. Papier GLASS-JWST.

“Alors que les distances de ces premières sources doivent encore être confirmées par spectroscopie, leurs luminosités extrêmes sont un véritable casse-tête, défiant notre compréhension de la formation des galaxies”, a noté Pascal Oesch de l’Université de Genève en Suisse, deuxième auteur de l’étude Naidu et al. . papier.

Les observations de Webb poussent les astronomes vers un consensus selon lequel un nombre inhabituel de galaxies dans l’univers primitif étaient beaucoup plus brillantes que prévu. Selon les chercheurs, cela permettra à Webb de trouver plus facilement encore plus de galaxies précoces dans les relevés ultérieurs du ciel profond.

“Nous avons cloué quelque chose d’incroyablement fascinant. Ces galaxies auraient dû commencer à se rassembler peut-être seulement 100 millions d’années après le big bang. Personne ne s’attendait à ce que l’âge des ténèbres se termine si tôt”, a déclaré Garth Illingworth de l’Université. de Californie à Santa Cruz, membre de l’équipe Naidu/Oesch. “L’univers primitif n’aurait été qu’un centième de son âge actuel. C’est une tranche de temps dans le cosmos en évolution vieux de 13,8 milliards d’années.”

Erica Nelson de l’Université du Colorado, membre de l’équipe Naidu/Oesch, a noté que “notre équipe a été frappée de pouvoir mesurer les formes de ces premières galaxies ; leurs disques calmes et ordonnés remettent en question notre compréhension de la formation des premières galaxies”. dans l’univers primitif surpeuplé et chaotique.” Cette découverte remarquable des disques compacts à une époque aussi précoce n’a été possible que grâce aux images beaucoup plus nettes de Webb, en lumière infrarouge, par rapport à Hubble.

“Ces galaxies sont très différentes de la Voie lactée ou d’autres grandes galaxies que nous voyons autour de nous aujourd’hui”, a déclaré Treu.

Illingworth a souligné que les deux galaxies brillantes découvertes par ces équipes ont beaucoup de lumière. Il a dit qu’une option est qu’ils auraient pu être très massifs, avec beaucoup d’étoiles de faible masse, comme les galaxies ultérieures. Alternativement, ils pourraient être beaucoup moins massifs, constitués de beaucoup moins d’étoiles extraordinairement brillantes, connues sous le nom d’étoiles de la population III. Longtemps théorisées, elles seraient les premières étoiles jamais nées, brûlant à des températures fulgurantes et composées uniquement d’hydrogène et d’hélium primordiaux – avant que les étoiles ne puissent plus tard cuire des éléments plus lourds dans leurs fours à fusion nucléaire. Aucune étoile primordiale aussi extrêmement chaude n’est observée dans l’univers local.

“En effet, la source la plus éloignée est très compacte, et ses couleurs semblent indiquer que sa population stellaire est particulièrement dépourvue d’éléments lourds et pourrait même contenir quelques étoiles de Population III. Seuls les spectres Webb le diront”, a déclaré Adriano Fontana, deuxième auteur de l’étude. Castellano et al. article et membre de l’équipe GLASS-JWST.

Les estimations actuelles de distance de Webb à ces deux galaxies sont basées sur la mesure de leurs couleurs infrarouges. Finalement, des mesures de spectroscopie de suivi montrant comment la lumière a été étirée dans l’univers en expansion fourniront une vérification indépendante de ces mesures cosmiques.