Le télescope Webb de la NASA révèle des liens entre des galaxies proches et lointaines

“Avec les empreintes chimiques détaillées de ces premières galaxies, nous voyons qu’elles incluent ce qui pourrait être la galaxie la plus primitive identifiée à ce jour. En même temps, nous pouvons connecter ces galaxies de l’aube de l’univers à des galaxies similaires à proximité, que nous pouvons étude beaucoup plus détaillée”, a déclaré James Rhoads, astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui a présenté les résultats lors de la 241e réunion de l’American Astronomical Society à Seattle.

Un article décrivant les résultats, dirigé par Rhoads, a été publié le 3 janvier dans Les lettres du journal astrophysique.

Les galaxies de pois verts ont été découvertes et nommées en 2009 par des bénévoles participant au Galaxy Zoo, un projet où des scientifiques citoyens aident à classer les galaxies dans les images, à commencer par celles du Sloan Digital Sky Survey. Les pois se distinguaient comme de petits points ronds et non résolus avec une teinte nettement verte, conséquence à la fois des couleurs attribuées aux différents filtres dans les images composites de l’enquête et d’une propriété des galaxies elles-mêmes.

Les couleurs de la galaxie des pois verts sont inhabituelles car une fraction importante de leur lumière provient de nuages ​​​​de gaz brillants. Les gaz émettent de la lumière à des longueurs d’onde spécifiques – contrairement aux étoiles, qui produisent un spectre de couleur continue semblable à un arc-en-ciel. Les pois sont également assez compacts, généralement seulement environ 5 000 années-lumière de diamètre ou environ 5 % de la taille de notre galaxie, la Voie lactée.

“Les pois peuvent être petits, mais leur activité de formation d’étoiles est inhabituellement intense pour leur taille, ils produisent donc une lumière ultraviolette brillante”, a déclaré Keunho Kim, chercheur postdoctoral à l’Université de Cincinnati et membre de l’équipe d’analyse. “Grâce aux images ultraviolettes de pois verts de Hubble et à la recherche au sol sur les premières galaxies à formation d’étoiles, il est clair qu’elles partagent toutes les deux cette propriété.”

En juillet 2022, la NASA et ses partenaires de la mission Webb ont publié l’image infrarouge la plus profonde et la plus nette de l’univers lointain jamais vue, capturant des milliers de galaxies dans et derrière un amas connu sous le nom de SMACS 0723. La masse de l’amas en fait une lentille gravitationnelle, qui à la fois grossit et déforme l’apparence des galaxies d’arrière-plan. Parmi les galaxies les plus faibles derrière l’amas se trouvaient un trio d’objets infrarouges compacts qui semblaient pouvoir être des parents éloignés des pois verts. La plus éloignée de ces trois galaxies a été agrandie environ 10 fois, fournissant une aide significative de la nature en plus des capacités sans précédent du télescope.

Webb a fait plus qu’imager l’amas – son instrument de spectrographe dans le proche infrarouge (NIRSpec) a également capturé les spectres de galaxies sélectionnées dans la scène. Lorsque Rhoads et ses collègues ont examiné ces mesures et les ont corrigées pour l’étendue de la longueur d’onde résultant de l’expansion de l’espace, ils ont vu des caractéristiques émises par l’oxygène, l’hydrogène et le néon s’aligner dans une ressemblance étonnante avec celles observées à proximité des pois verts.

De plus, les spectres Webb ont permis de mesurer pour la première fois la quantité d’oxygène dans ces galaxies cosmiques de l’aube.

Lorsque les étoiles produisent de l’énergie, elles transmutent des éléments plus légers comme l’hydrogène et l’hélium en éléments plus lourds. Lorsque les étoiles explosent ou perdent leurs couches externes à la fin de leur vie, ces éléments plus lourds s’incorporent au gaz qui forme les générations stellaires suivantes, et le processus se poursuit. Au cours de l’histoire cosmique, les étoiles ont régulièrement enrichi l’univers.

Deux des galaxies Webb contiennent de l’oxygène à environ 20 % du niveau de notre Voie lactée. Ils ressemblent à des pois verts typiques, qui représentent néanmoins moins de 0,1% des galaxies proches observées par l’enquête Sloan. La troisième galaxie étudiée est encore plus inhabituelle.

“Nous voyons ces objets tels qu’ils existaient il y a jusqu’à 13,1 milliards d’années, lorsque l’univers avait environ 5% de son âge actuel”, a déclaré Sangeeta Malhotra, chercheuse à Goddard. “Et nous voyons que ce sont de jeunes galaxies dans tous les sens – pleines de jeunes étoiles et de gaz incandescent contenant peu de produits chimiques recyclés à partir d’étoiles antérieures. En effet, l’une d’entre elles ne contient que 2% de l’oxygène d’une galaxie comme la nôtre et pourrait être la galaxie la plus chimiquement primitive jamais identifiée.”

NIRSpec a été construit pour l’ESA (Agence Spatiale Européenne) par Airbus Industries. Son réseau de près d’un demi-million de micro-obturateurs – de minuscules portes qui peuvent être ouvertes ou fermées pour admettre ou bloquer la lumière – lui permet de capturer les spectres de jusqu’à 100 objets individuels à la fois. Le réseau de micro-obturateurs et les sous-systèmes de détection ont été fabriqués par la NASA.

Le télescope spatial James Webb, une mission internationale dirigée par la NASA avec ses partenaires l’ESA et l’ASC (Agence spatiale canadienne), est le premier observatoire scientifique spatial au monde. Le siège de la NASA supervise la mission de la direction des missions scientifiques de l’agence. Le Goddard Space Flight Center de la NASA gère Webb pour l’agence et supervise les travaux sur la mission effectuée par le Space Telescope Science Institute, Northrop Grumman et d’autres partenaires de la mission. En plus de Goddard, plusieurs centres de la NASA ont contribué au projet, notamment le Johnson Space Center de l’agence à Houston, le Jet Propulsion Laboratory en Californie du Sud, le Marshall Space Flight Center à Huntsville, en Alabama, le Ames Research Center dans la Silicon Valley en Californie, et d’autres.