Le télescope spatial Webb détecte les molécules organiques complexes les plus éloignées de l’univers
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Des chercheurs ont détecté des molécules organiques complexes dans une galaxie à plus de 12 milliards d’années-lumière de la Terre – la galaxie la plus éloignée dans laquelle ces molécules sont désormais connues. Grâce aux capacités du télescope spatial James Webb récemment lancé et aux analyses minutieuses de l’équipe de recherche, une nouvelle étude donne un aperçu critique des interactions chimiques complexes qui se produisent dans les premières galaxies de l’univers primitif.
Joaquin Vieira, professeur d’astronomie et de physique à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, et l’étudiant diplômé Kedar Phadke ont collaboré avec des chercheurs de la Texas A&M University et une équipe internationale de scientifiques pour différencier les signaux infrarouges générés par certains des grains de poussière les plus massifs et les plus gros de la galaxie et celles des molécules d’hydrocarbures nouvellement observées.
Les résultats de l’étude sont publiés dans la revue Nature.
“Ce projet a commencé alors que j’étais à l’université pour étudier des galaxies difficiles à détecter et très lointaines obscurcies par la poussière”, a déclaré Vieira. “Les grains de poussière absorbent et réémettent environ la moitié du rayonnement stellaire produit dans l’univers, rendant la lumière infrarouge des objets distants extrêmement faible ou indétectable par les télescopes au sol.”
Dans la nouvelle étude, le JWST a reçu un coup de pouce de ce que les chercheurs appellent “la loupe de la nature” – un phénomène appelé lentille gravitationnelle. “Ce grossissement se produit lorsque deux galaxies sont presque parfaitement alignées du point de vue de la Terre, et la lumière de la galaxie d’arrière-plan est déformée et agrandie par la galaxie de premier plan en une forme annulaire, connue sous le nom d’anneau d’Einstein”, a déclaré Vieira.
L’équipe a concentré le JWST sur SPT0418-47 – un objet découvert à l’aide du télescope du pôle Sud de la National Science Foundation et précédemment identifié comme une galaxie obscurcie par la poussière agrandie d’un facteur d’environ 30 à 35 par lentille gravitationnelle. SPT0418-47 se trouve à 12 milliards d’années-lumière de la Terre, ce qui correspond à une époque où l’univers avait moins de 1,5 milliard d’années, soit environ 10 % de son âge actuel, ont déclaré les chercheurs.
“Avant d’avoir accès à la puissance combinée de la lentille gravitationnelle et du JWST, nous ne pouvions ni voir ni résoudre spatialement la galaxie d’arrière-plan réelle à travers toute la poussière”, a déclaré Vieira.
Les données spectroscopiques du JWST suggèrent que le gaz interstellaire obscurci dans SPT0418-47 est enrichi en éléments lourds, indiquant que des générations d’étoiles ont déjà vécu et sont mortes. Le composé spécifique que les chercheurs ont détecté est un type de molécule appelée hydrocarbure aromatique polycyclique, ou HAP. Sur Terre, ces molécules se retrouvent dans les gaz d’échappement produits par les moteurs à combustion ou les feux de forêts. Composées de chaînes de carbone, ces molécules organiques sont considérées comme les éléments de base des premières formes de vie, ont déclaré les chercheurs.
“Ce que cette recherche nous dit en ce moment – et nous apprenons encore – c’est que nous pouvons voir toutes les régions où se trouvent ces petits grains de poussière – des régions que nous n’aurions jamais pu voir avant le JWST”, a déclaré Phadke. “Les nouvelles données spectroscopiques nous permettent d’observer la composition atomique et moléculaire de la galaxie, fournissant des informations très importantes sur la formation des galaxies, leur cycle de vie et leur évolution.”
“Nous ne nous attendions pas à cela”, a déclaré Vieira. “La détection de ces molécules organiques complexes à une si grande distance change la donne en ce qui concerne les observations futures. Ce travail n’est que la première étape, et nous apprenons à peine à l’utiliser et à découvrir ses capacités. Nous sommes très heureux de voir comment cela se joue.”
“C’est extrêmement cool que les galaxies que j’ai découvertes en écrivant ma thèse soient un jour observées par le JWST”, a déclaré Vieira. “Je suis reconnaissant aux contribuables américains, à la NSF et à la NASA d’avoir financé et soutenu à la fois le SPT et le JWST. Sans ces instruments, cette découverte n’aurait jamais pu être faite.”
Vieira est également le directeur du Center for AstroPhysical Surveys, financé par le National Center for Supercomputing Applications de l’Illinois. Phadke est un boursier diplômé du CAPS.
Le Space Telescope Science Institute exploite le JWST sous la direction de l’Association of Universities for Research in Astronomy, Inc., sous le contrat NASA NAS 5-03127.
