Nasa
Les données du télescope spatial Webb ne sont parvenues aux mains des astronomes qu’au cours des dernières semaines, mais ils attendaient cela depuis des années et avaient apparemment des analyses en cours. Le résultat a été quelque chose comme une course dans le temps, alors que de nouvelles découvertes trouvent des objets qui se sont formés de plus en plus près du Big Bang qui a produit notre Univers. La semaine dernière, l’une de ces recherches a révélé une galaxie qui était présente moins de 400 millions d’années après le Big Bang. Cette semaine, une nouvelle analyse a identifié une galaxie telle qu’elle est apparue seulement 233 millions d’années après la naissance de l’Univers.
Cette découverte est un heureux sous-produit d’un travail qui a été conçu pour répondre à une question plus générale : combien de galaxies devrions-nous nous attendre à voir à différents moments après le Big Bang ?
Dans le temps
Comme nous l’avons mentionné la semaine dernière, l’Univers primitif était opaque à la lumière à toutes les longueurs d’onde qui transportent plus d’énergie qu’il n’en faut pour ioniser l’hydrogène. Cette énergie se trouve dans la partie UV du spectre, mais le décalage vers le rouge causé par 13 milliards d’années d’un Univers en expansion a déplacé ce point de coupure dans la partie infrarouge du spectre. Pour trouver des galaxies de cette époque, nous devons rechercher des objets qui ne sont pas visibles à des longueurs d’onde infrarouges plus courtes (ce qui signifie que la lumière était autrefois au-dessus du seuil d’hydrogène), mais qui apparaissent à des longueurs d’onde à plus faible énergie.
Plus la frontière entre l’invisible et le visible est profonde dans l’infrarouge, plus le décalage vers le rouge est fort et plus l’objet est éloigné. Plus l’objet est éloigné, plus il est proche dans le temps du Big Bang.
Les études de ces galaxies peuvent nous dire quelque chose sur leurs propriétés individuelles. Mais l’identification d’une grande collection de galaxies primitives peut nous aider à déterminer la rapidité avec laquelle elles se sont formées et à identifier tout changement dans la dynamique des galaxies qui s’est produit à un moment précis du passé de l’Univers. Ce changement dans le temps de la fréquence des objets visibles est appelé une « fonction de luminosité », et des travaux ont été effectués pour caractériser la fonction de luminosité des premières galaxies. Mais les longueurs d’onde infrarouges des premières galaxies sont absorbées par l’atmosphère terrestre et doivent donc être imagées depuis l’espace. Et c’était l’un des objectifs de conception du télescope Webb.
Les nouveaux travaux se sont concentrés sur l’examen de la fonction de luminosité des galaxies qui se sont formées peu de temps (en termes astronomiques) après le Big Bang. Mais, en générant un catalogue des premières galaxies, les chercheurs repèrent ce qui semble être la plus ancienne galaxie jamais photographiée.
Définition de la fonction
Les chercheurs ont utilisé deux sources de données pour reconstruire les apparences des galaxies à différents moments. L’un a été produit en analysant le travail effectué avec un télescope infrarouge au sol (le télescope VISTA de l’ESA) et le télescope spatial Spitzer, qui ont tous deux photographié des galaxies qui étaient relativement plus anciennes lorsqu’elles ont produit la lumière qui atteint maintenant la Terre – environ 600 millions d’années ou plus après le Big Bang. L’autre impliquait des données générées par le Webb, y compris les ensembles de données analysés dans l’article sur lequel nous avons rendu compte et une zone imagée dans la première publication de photos publiques. Dans tous les cas, les chercheurs ont recherché la même chose : des objets présents à des longueurs d’onde infrarouges plus longues mais absents à des longueurs d’onde plus courtes.
Au total, l’équipe a identifié 55 galaxies lointaines, dont 44 n’avaient jamais été notées auparavant. Trente-neuf d’entre eux proviennent des données de Webb, et ce chiffre comprenait les deux anciennes galaxies qui ont été identifiées la semaine dernière. Les chiffres ne sont pas particulièrement précis à des décalages vers le rouge plus élevés, où ils sont basés sur une ou deux galaxies seulement. Mais dans l’ensemble, la tendance suggère un déclin progressif des objets visibles jusqu’à quelques centaines de millions d’années du Big Bang, sans changements brusques ni coupures.
Mais ce qui est frappant, c’est qu’il existe des données pour une galaxie à un redshift extrêmement grand (z = 16,7, pour ceux qui comprennent ces choses). Cela le place à moins de 250 millions d’années après le Big Bang. Cette distance est basée en partie sur le fait que le premier filtre de longueur d’onde dans lequel l’objet apparaît montre qu’il est très faible là-bas, suggérant qu’il est faible aux longueurs d’onde que le filtre laisse passer. Cela suggère que la coupure de lumière générée par l’hydrogène est proche du bord de la plage du filtre.
Comme les galaxies lointaines décrites la semaine dernière, il semble également avoir l’équivalent d’un milliard de soleils de matière sous forme d’étoiles. Les chercheurs estiment qu’il aurait pu commencer la formation d’étoiles dès 120 millions d’années après le Big Bang, et l’avait certainement fait vers 220 millions d’années.
Les chercheurs sont assez convaincus que cette nouvelle galaxie représente une véritable découverte : « Après des recherches approfondies, nous sommes actuellement incapables de trouver une explication plausible pour cet objet, autre qu’une galaxie à un nouveau record de décalage vers le rouge. » Et en ajoutant une deuxième confirmation indépendante des découvertes antérieures de la galaxie, cela augmente considérablement la confiance que nous avons dans ces découvertes. Tout cela indique que le nouveau télescope tient ses promesses, du moins en ce qui concerne les premières galaxies.
La grande question est maintenant de savoir ce qui se produira lorsqu’il sera pointé vers des zones à forte lentille, qui pourraient être capables de grossir des objets à un point où nous pouvons imager des structures au sein de ces premières galaxies. Il est possible que nous l’ayons déjà fait, mais nous devrons attendre que les descriptions apparaissent sur l’arXiv.
L’arXiv. Numéro du résumé : 2207.12356 (À propos de l’arXiv).