Les images du télescope spatial James Webb défient les théories sur l’évolution de l’univers

Dans une étude publiée dans Astronomie naturelle, Mike Boylan-Kolchin, professeur agrégé d’astronomie à l’Université du Texas à Austin, constate que six des galaxies candidates les plus anciennes et les plus massives observées par le JWST jusqu’à présent contredisent la pensée dominante en cosmologie. En effet, d’autres chercheurs estiment que chaque galaxie est vue entre 500 et 700 millions d’années après le Big Bang, mais mesure pourtant plus de 10 milliards de fois plus massive que notre soleil. L’une des galaxies semble même être plus massive que la Voie lactée, bien que notre propre galaxie ait eu des milliards d’années supplémentaires pour se former et se développer.

“Si les masses ont raison, alors nous sommes en territoire inconnu”, a déclaré Boylan-Kolchin. “Nous aurons besoin de quelque chose de très nouveau sur la formation des galaxies ou d’une modification de la cosmologie. L’une des possibilités les plus extrêmes est que l’univers se soit étendu plus rapidement peu de temps après le Big Bang que nous ne le prévoyons, ce qui pourrait nécessiter de nouvelles forces et particules.”

Pour que les galaxies se forment si rapidement à une telle taille, elles devraient également convertir près de 100 % de leur gaz disponible en étoiles.

“Nous voyons généralement un maximum de 10% de gaz converti en étoiles”, a déclaré Boylan-Kolchin. “Ainsi, alors que la conversion à 100% du gaz en étoiles est techniquement à la limite de ce qui est théoriquement possible, il est vrai que cela nécessiterait quelque chose de très différent de ce à quoi nous nous attendons.”

Malgré toute l’excitation à bout de souffle qu’il évoque, JWST a présenté aux astronomes un dilemme troublant. Si les masses et le temps depuis le Big Bang sont confirmés pour ces galaxies, des changements fondamentaux dans le modèle régnant de la cosmologie – ce qu’on appelle le paradigme énergie noire + matière noire froide (ΛCDM), qui guide la cosmologie depuis la fin des années 1990 – pourraient être nécessaire. S’il existe d’autres moyens plus rapides de former des galaxies que ne le permet le ΛCDM, ou s’il y avait plus de matière disponible pour former des étoiles et des galaxies dans l’univers primitif qu’on ne le pensait auparavant, les astronomes devraient changer leur façon de penser dominante.

Les temps et les masses des six galaxies sont des estimations initiales et nécessiteront une confirmation ultérieure par spectroscopie – une méthode qui divise la lumière en un spectre et analyse la luminosité de différentes couleurs. Une telle analyse pourrait suggérer que les trous noirs supermassifs centraux, qui pourraient réchauffer le gaz environnant, pourraient rendre les galaxies plus brillantes, de sorte qu’elles semblent plus massives qu’elles ne le sont réellement. Ou peut-être que les galaxies sont en fait vues à un moment beaucoup plus tard que prévu à l’origine en raison de la poussière qui fait que la couleur de la lumière de la galaxie devient plus rouge, donnant l’illusion d’être à plus d’années-lumière et donc plus loin dans le temps.

Les données sur la galaxie proviennent du Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), une initiative multi-institutions du JWST dirigée par l’astronome de l’UT Austin Steven Finkelstein.

Un autre projet collaboratif JWST en cours, COSMOS-Web, codirigé par Caitlin Casey de l’UT Austin, pourrait être impliqué dans la spectroscopie et apporter plus de lumière sur les résultats pour aider à résoudre le dilemme. COSMOS-Web couvre une zone environ 50 fois plus grande que CEERS et devrait découvrir des milliers de galaxies.

“Ce sera idéal pour découvrir les galaxies les plus rares et les plus massives aux premiers temps, ce qui nous dira comment les plus grandes galaxies et les trous noirs de l’univers primitif sont apparus si rapidement”, a déclaré Boylan-Kolchin.

La découverte initiale et les estimations des masses et des décalages vers le rouge des six galaxies candidates ont été publiées dans Nature en février par une équipe dirigée par l’Université de technologie de Swinburne en Australie.

Cette recherche est soutenue par la National Science Foundation et la NASA.