Le télescope spatial Webb repousse les limites de l'univers observable plus près du Big Bang

Le télescope spatial James Webb de la NASA s'est une fois de plus surpassé, tenant sa promesse de repousser les limites de l'univers observable plus près de l'aube cosmique avec la confirmation d'une galaxie brillante qui existait 280 millions d'années après le Big Bang. La galaxie nouvellement confirmée, MoM-z14, recèle des indices intrigants sur la chronologie historique de l'Univers et sur la différence entre l'univers primitif et ce que les astronomes avaient prévu. L'étude, menée par une équipe internationale d'astronomes, parmi lesquels des chercheurs de l'UNIGE, est publiée dans l'Open Journal of Astrophysics.

Le télescope spatial James Webb de la NASA montre la galaxie MoM-z14 telle qu'elle apparaissait dans un passé lointain, seulement 280 millions d'années après le Big Bang. Crédits: Image: NASA, ESA, CSA, STScI, Rohan Naidu (MIT); Traitement d'image: Joseph DePasquale (STScI)

« Grâce à Webb, nous sommes capables de voir plus loin que jamais auparavant, et ce que nous observons ne ressemble en rien à ce que nous avions prédit, ce qui est à la fois stimulant et passionnant », déclare Rohan Naidu, du Kavli Institute for Astrophysics and Space Research du Massachusetts Institute of Technology (MIT), auteur principal de l'étude. 

En raison de l'expansion de l'Univers, il devient difficile de parler de distances physiques et d'« années-lumière » lorsqu'on observe aussi loin. À l'aide de l'instrument NIRSpec (spectrographe proche infrarouge) de Webb, les astronomes ont confirmé que MoM-z14 présente un décalage vers le rouge cosmologique de 14,44, ce qui signifie que sa lumière a voyagé à travers l'espace (en expansion), s'étirant et « se décalant » vers des longueurs d'onde plus longues et plus rouges, pendant environ 13,5 des 13,8 milliards d'années d'existence estimées de l'Univers.

« Nous pouvons estimer la distance des galaxies à partir d'images, mais il est vraiment important d'effectuer un suivi et de confirmer ces estimations à l'aide d'une spectroscopie plus détaillée afin de savoir exactement ce que nous voyons et à quel moment », déclare Pascal Oesch de l'UNIGE, co-investigateur principal de l'étude.

Des caractéristiques intrigantes

MoM-z14 fait partie d'un groupe croissant de galaxies étonnamment lumineuses dans l'univers primitif – 100 fois plus que ce que les études théoriques avaient prédit avant le lancement de Webb, selon l'équipe de recherche. Le fossé entre la théorie et l'observation concernant l'univers primitif se creuse et soulève des questions fascinantes. « Les chercheurs et les théoriciens peuvent notamment chercher des réponses dans la plus ancienne population d'étoiles de la Voie lactée », explique Andrea Weibel, chercheur postdoctorale à l'UNIGE et membre de l'équipe de recherche. Un petit pourcentage de ces étoiles présente des quantités élevées d'azote, que l'on retrouve également dans certaines observations de Webb sur les galaxies primitives, notamment MoM-z14.

« Nous pouvons nous inspirer de l'archéologie et considérer ces étoiles anciennes de notre propre galaxie comme des fossiles de l'Univers primitif, sauf qu'en astronomie, nous avons la chance que Webb puisse voir si loin que nous disposons également d'informations directes sur les galaxies de cette époque. Il s'avère que nous observons certaines des mêmes caractéristiques, comme cet enrichissement inhabituel en azote », déclare M. Naidu.

La galaxie MoM-z14 n'existant que 280 millions d'années après le Big Bang, les générations d'étoiles n'ont pas eu le temps de produire des quantités d'azote aussi élevées que celles auxquelles s'attendraient les astronomes. Une théorie avancée par les chercheurs est que l'environnement dense de l'univers primitif a donné naissance à des étoiles supermassives capables de produire plus d'azote que toutes les étoiles observées dans l'univers local.

La galaxie MoM-z14 montre également des signes de dissipation du brouillard d'hydrogène primordial qui recouvrait l'espace autour d'elle au début de l'Univers. L'une des raisons pour lesquelles Webb a été construit à l'origine était de définir la chronologie de cette période de « dissipation » de l'histoire cosmique, que les astronomes appellent réionisation. C'est à ce moment-là que les premières étoiles ont produit une lumière suffisamment énergétique pour traverser le gaz hydrogène dense de l'univers primitif et commencer à voyager dans l'espace, pour finalement atteindre Webb, et nous. La galaxie MoM-z14 fournit un autre indice pour établir la chronologie de la réionisation, un travail qui n'était pas possible avant que Webb ne lève le voile sur cette époque de l'Univers.

Une tradition de découvertes qui se perpétue

Avant même le lancement de Webb, certains indices laissaient présager que quelque chose d'inattendu s'était produit dans l'univers primitif, lorsque le télescope spatial Hubble de la NASA a découvert la galaxie brillante GN-z11, 400 millions d'années après le Big Bang. Webb a confirmé la distance de cette galaxie, qui était à l'époque la plus éloignée jamais observée. Depuis, Webb a continué à repousser les limites de l'espace et du temps, découvrant d'autres galaxies étonnamment brillantes comme GN-z11.

Alors que Webb continue de découvrir d'autres galaxies étonnamment lumineuses, il est clair que les premières n'étaient pas un hasard. Les astronomes attendent avec impatience le prochain télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, qui, grâce à sa combinaison d'imagerie infrarouge haute résolution et de champ de vision extrêmement large, permettra d'augmenter à plusieurs milliers le nombre d'échantillons de ces galaxies primitives brillantes, compactes et chimiquement enrichies.

Pour comprendre ce qui se passe dans l'univers primitif, les astronomes ont besoin de plus d'informations, d'observations plus détaillées avec Webb et de plus de galaxies pour voir où se trouvent les caractéristiques communes, ce que Roman sera en mesure de fournir. D'autres surprises sont attendues en cette période incroyablement passionnante, Webb nous révélant l'univers primitif comme jamais auparavant et nous montrant tout ce qu'il reste à découvrir.

Lien vers l'article sur Open Journal of Astrophysics

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