Vues exquises de galaxies lointaines –


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  • Pendant des décennies, le télescope spatial Hubble et les télescopes au sol nous ont fourni des images spectaculaires de galaxies. Tout a changé lorsque le télescope spatial James Webb (JWST) a été lancé en décembre 2021 et a achevé avec succès sa mise en service au cours du premier semestre 2022. Pour les astronomes, l’univers, tel que nous l’avions vu, se révèle désormais d’une manière nouvelle jamais imaginée par le instrument de caméra proche infrarouge (NIRCam) du télescope.

    Le NIRCam est le principal imageur de Webb qui couvre la gamme de longueurs d’onde infrarouge de 0,6 à 5 microns. NIRCam détecte la lumière des premières étoiles et galaxies en cours de formation, la population d’étoiles dans les galaxies voisines, ainsi que les jeunes étoiles dans les objets de la Voie lactée et de la ceinture de Kuiper.

    Le projet Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science, ou PEARLS, fait l’objet d’une étude récente publiée dans Journal astronomique par une équipe de chercheurs, dont le professeur Rogier Windhorst, régent de l’école d’exploration terrestre et spatiale de l’Arizona State University, le chercheur Rolf Jansen, le chercheur associé Seth Cohen, l’assistant de recherche Jake Summers et l’associé diplômé Rosalia O’Brien, ainsi que la contribution de nombreux autres chercheurs.

    Pour les chercheurs, les images du programme PEARLS des premières galaxies montrent la quantité de lentilles gravitationnelles des objets à l’arrière-plan des amas massifs de galaxies, permettant à l’équipe de voir certains de ces objets très éloignés. Dans l’un de ces champs relativement profonds, l’équipe a travaillé avec de superbes images multicolores pour identifier les galaxies en interaction avec des noyaux actifs.

    Les données de Windhorst et de son équipe montrent des preuves de trous noirs géants en leur centre où vous pouvez voir le disque d’accrétion – la substance tombant dans le trou noir, brillant très fort au centre de la galaxie. De plus, de nombreuses étoiles galactiques apparaissent comme des gouttes sur le pare-brise de votre voiture, comme si vous conduisiez dans l’espace intergalactique. Ce champ coloré remonte directement du plan de l’écliptique, le plan dans lequel la Terre et la lune, et toutes les autres planètes, orbitent autour du soleil.

    « Pendant plus de deux décennies, j’ai travaillé avec une grande équipe internationale de scientifiques pour préparer notre programme scientifique Webb », a déclaré Windhorst. « Les images de Webb sont vraiment phénoménales, vraiment au-delà de mes rêves les plus fous. Elles nous permettent de mesurer la densité numérique des galaxies qui brillent à des limites infrarouges très faibles et la quantité totale de lumière qu’elles produisent. Cette lumière est beaucoup plus faible que le ciel infrarouge très sombre mesuré entre ces galaxies. »

    La première chose que l’équipe peut voir dans ces nouvelles images est que de nombreuses galaxies qui étaient à côté ou vraiment invisibles pour Hubble sont brillantes dans les images prises par Webb. Ces galaxies sont si éloignées que la lumière émise par les étoiles a été étirée.

    L’équipe s’est concentrée sur le domaine temporel du pôle nord de l’écliptique avec le télescope Webb, facilement visible en raison de son emplacement dans le ciel. Windhorst et l’équipe prévoient de l’observer quatre fois.

    Les premières observations, composées de deux tuiles qui se chevauchent, ont produit une image qui montre des objets aussi faibles que la luminosité de 10 lucioles à la distance de la lune (avec la lune pas là). La limite ultime pour Webb est une ou deux lucioles. Les objets les plus faibles et les plus rouges visibles sur l’image sont des galaxies lointaines qui remontent aux premières centaines de millions d’années après le Big Bang.

    Pendant la majeure partie de la carrière de Jansen, il a travaillé avec des caméras au sol et dans l’espace, où vous avez un seul instrument avec une seule caméra qui produit une image. Désormais, les scientifiques disposent d’un instrument qui n’a pas qu’un seul détecteur ou une seule image qui en sort, mais 10 simultanément. Pour chaque exposition prise par NIRCam, il donne 10 de ces images. C’est une énorme quantité de données, et le volume même peut être écrasant.

    Pour traiter ces données et les canaliser via le logiciel d’analyse de collaborateurs du monde entier, Summers a joué un rôle déterminant.

    « Les images JWST dépassent de loin ce que nous attendions de mes simulations avant les premières observations scientifiques », a déclaré Summers. « En analysant ces images JWST, j’ai été très surpris par leur résolution exquise. »

    L’intérêt principal de Jansen est de comprendre comment des galaxies comme notre propre Voie lactée ont vu le jour. Et la façon de le faire est de regarder loin dans le temps comment les galaxies se sont réunies, de voir comment elles ont évolué, efficacement, et ainsi de retracer le chemin du Big Bang à des gens comme nous.

    « J’ai été époustouflé par les premières images de PEARLS », a déclaré Jansen. « Je ne savais pas, lorsque j’ai sélectionné ce champ près du pôle nord de l’écliptique, qu’il donnerait un tel trésor de galaxies lointaines, et que nous obtiendrions des indices directs sur les processus par lesquels les galaxies s’assemblent et se développent – je peux voir des ruisseaux, des queues, des coquilles et des auréoles d’étoiles dans leur périphérie, les restes de leurs blocs de construction. »

    L’étudiant diplômé en astrophysique de troisième année O’Brien a conçu des algorithmes pour mesurer la lumière faible entre les galaxies et les étoiles qui attirent notre attention en premier.

    « La lumière diffuse que j’ai mesurée entre les étoiles et les galaxies a une signification cosmologique, encodant l’histoire de l’univers », a déclaré O’Brien. « Je me sens chanceux de commencer ma carrière en ce moment – les données JWST ne ressemblent à rien que nous ayons jamais vu, et je suis enthousiasmé par les opportunités et les défis qu’elles offrent. »

    « Je m’attends à ce que ce champ soit surveillé tout au long de la mission JWST, pour révéler des objets qui bougent, dont la luminosité varie ou qui s’embrasent brièvement, comme des supernovae qui explosent à distance ou qui s’accumulent autour de trous noirs dans des galaxies actives », a déclaré Jansen.

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