Le télescope spatial James Webb de la NASA a révélé les galaxies les plus lointaines jamais découvertes, dont certaines remontent à seulement 300 millions d’années après la création de l’univers lors du Big Bang – une époque où le cosmos n’avait que 2% de son âge actuel.
Les galaxies primordiales ont été découvertes par une équipe internationale de scientifiques responsables de la conception de deux des instruments de pointe du JWST. Le premier instrument, connu sous le nom de caméra infrarouge proche (NIRCam), a été chargé d’observer une petite partie du ciel nocturne dans la constellation Fornax.
Pendant 10 jours, NIRCam a observé la lumière émise par une population de près de 100 000 galaxies sur une gamme de neuf longueurs d’onde infrarouges. À partir de cet ensemble de données, les astronomes ont isolé 250 des galaxies les plus faibles et les plus rouges et les ont ciblées avec un autre des instruments du JWST, le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec).
NIRSpec est conçu pour collecter la lumière émise par les corps célestes et la décomposer en ses couleurs constitutives. Ce processus crée des graphiques arc-en-ciel appelés spectres. Les astronomes peuvent analyser les spectres d’une galaxie pour tout découvrir, de sa composition élémentaire au nombre d’étoiles qui s’y trouvent, et même sa distance à la Terre.
Cette dernière est réalisée en mesurant un phénomène connu sous le nom de décalage vers le rouge. Il peut s’écouler des milliards d’années avant que la lumière émise par des galaxies très lointaines n’atteigne notre planète. Pendant ce temps, les longueurs d’onde de cette lumière s’étirent et s’allongent, se déplaçant lentement dans la partie « plus rouge » du spectre lumineux.
Au fur et à mesure que la lumière voyage vers la Terre depuis sa source, elle traversera inévitablement de vastes nuages de poussière et de gaz interstellaires. Ces nuages sont connus pour absorber certaines longueurs d’onde de lumière, tout en permettant à d’autres de passer relativement sans entrave. Cette interférence crée un motif distinct dans les spectres arc-en-ciel.
Un graphique montrant les emplacements des galaxies et leur redshift (Crédit : SCIENCE : NASA, ESA, CSA, Rolf A. Jansen (ASU), Jake Summers (ASU), Rosalia O’Brien (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Aaron Robotham (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Christopher Willmer (Université de l’Arizona), JWST PEARLS Team TRAITEMENT D’IMAGE : Rolf A. Jansen (ASU), Alyssa Pagan (STScI))
Les scientifiques ont pu déterminer l’âge et l’éloignement des galaxies lointaines en observant à quel point les motifs dans les spectres s’étaient déplacés par rapport à leurs positions attendues en raison du décalage vers le rouge.
En utilisant cette technique, les scientifiques ont découvert quatre galaxies phénoménalement anciennes cachées dans les données du JWST, qui se seraient formées seulement 300 millions d’années après la création de l’univers lors du Big Bang. Cela les rend 100 millions d’années plus jeunes que la plus ancienne galaxie découverte par le télescope spatial Hubble.
Cela signifie que la lumière détectée par le JWST a quitté sa source il y a environ 13,4 milliards d’années, à une époque où l’univers n’avait que 2 % de son âge actuel. L’âge record des galaxies les rendra inestimables pour les scientifiques qui tentent de percer les secrets de l’évolution du cosmos primitif.
« Il est difficile de comprendre les galaxies sans comprendre les périodes initiales de leur développement », a expliqué l’astronome Sandro Tacchella de l’Université de Cambridge, co-auteur d’une étude décrivant les résultats (via l’Université d’Arizona). « Tout comme avec les humains, une grande partie de ce qui se passe plus tard dépend de l’impact de ces premières générations d’étoiles. »
« Tant de questions sur les galaxies attendaient l’opportunité transformatrice de Webb, et nous sommes ravis de pouvoir jouer un rôle dans la révélation de cette histoire. »
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Crédit image : Northrop Grumman.
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