45 000 galaxies scintillent dans la photo du télescope New James Webb

"Parmi les questions les plus fondamentales en astronomie, il y a : comment les premières étoiles et galaxies se sont-elles formées ?" La NASA écrit. Le télescope spatial James Webb n'est pas dans l'espace depuis longtemps, mais il fournit déjà des informations essentielles sur cette question monumentale.

Une nouvelle image capturée dans le cadre de l'un des programmes scientifiques les plus importants de Webb, le JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, ou JADES, est non seulement visuellement époustouflante, mais aussi incroyablement importante pour les scientifiques qui s'efforcent de comprendre l'histoire de l'univers, en particulier ses premiers jours.

Dans le cadre de JADES, Webb consacrera un peu plus d'un mois de son précieux temps de télescope pour capturer et analyser des galaxies lointaines très faibles. Certaines des observations ont déjà eu lieu et les données continuent d'affluer à partir de ces premières images.

"Alors que les données continuent d'arriver, JADES a déjà découvert des centaines de galaxies qui existaient lorsque l'univers avait moins de 600 millions d'années. L'équipe a également identifié des galaxies étincelantes d'une multitude d'étoiles jeunes et chaudes", explique la NASA.

La zone, GOODS-South, a également été photographiée par le télescope spatial Hubble, ce qui permet de mettre en perspective à quel point Webb offre plus de détails.

"Avec JADES, nous voulons répondre à de nombreuses questions, telles que : comment les premières galaxies se sont-elles assemblées ? À quelle vitesse ont-elles formé des étoiles ? Pourquoi certaines galaxies arrêtent-elles de former des étoiles ? » déclare Marcia Rieke de l'Université de l'Arizona à Tucson, co-responsable du programme JADES.

Ryan Endsley de l'Université du Texas à Austin a mené une enquête sur les galaxies qui existaient à peine 500 à 850 millions d'années après le big bang. Cette période, connue sous le nom d'Epoque de Réionisation, reste assez mystérieuse.

La NASA explique la réionisation en écrivant : "Pendant des centaines de millions d'années après le big bang, l'univers était rempli d'un brouillard gazeux qui le rendait opaque à la lumière énergétique. Un milliard d'années après le big bang, le brouillard s'était dissipé et l'univers est devenu transparent, un processus connu sous le nom de réionisation."

Certains scientifiques pensent que les trous noirs supermassifs ont causé la réionisation éponyme, d'autres pensent que les galaxies pleines de jeunes étoiles, qui brûlent extrêmement chaudement, ont été à l'origine de la réionisation.

Dans le cadre de JADES, Endsley et ses collègues ont étudié ces anciennes et lointaines galaxies très importantes à l'aide de l'instrument de spectrographe dans le proche infrarouge (NIRSpec) de Webb. L'équipe voulait trouver des preuves de la formation d'étoiles et le trouver.

"Presque toutes les galaxies que nous trouvons montrent ces signatures de raies d'émission inhabituellement fortes indiquant une formation d'étoiles récente intense. Ces premières galaxies étaient très douées pour créer des étoiles chaudes et massives", explique Endsley.

Les étoiles brillantes et massives ont à leur tour tiré des torrents de lumière ultraviolette dans l'espace, ce qui a changé la nature du gaz environnant d'opaque à transparent. Ceci a été réalisé grâce à l'ionisation, qui est le processus d'élimination des électrons de leurs noyaux.

Parce que les premières galaxies avaient tant d'étoiles chaudes et massives, elles ont peut-être été le principal catalyseur du processus de réionisation qui a été vivement débattu au sein de la communauté scientifique.

« Endsley et ses collègues ont également trouvé des preuves que ces jeunes galaxies ont subi des périodes de formation rapide d'étoiles entrecoupées de périodes calmes où moins d'étoiles se sont formées. comme les étoiles massives explosent rapidement, elles peuvent avoir périodiquement injecté de l'énergie dans le milieu environnant, empêchant le gaz de se condenser pour former de nouvelles étoiles", écrit la NASA.

Un autre élément important de JADES est la recherche de galaxies très anciennes, qui dans ce contexte sont des galaxies qui existaient moins de 400 millions d'années après le big bang.

"En étudiant ces galaxies, les astronomes peuvent explorer en quoi la formation des étoiles dans les premières années après le big bang était différente de ce que l'on voit à l'époque actuelle. La lumière des galaxies lointaines est étirée vers des longueurs d'onde plus longues et des couleurs plus rouges par l'expansion de l'univers - un phénomène appelé décalage vers le rouge. En mesurant le décalage vers le rouge d'une galaxie, les astronomes peuvent savoir à quelle distance elle se trouve et, par conséquent, quand elle existait dans l'univers primitif », explique la NASA.

Webb a déjà transformé la façon dont les scientifiques recherchent ces très vieilles galaxies. La NASA dit : "Avant Webb, il n'y avait que quelques dizaines de galaxies observées au-dessus d'un décalage vers le rouge de huit, lorsque l'univers avait moins de 650 millions d'années, mais JADES a maintenant découvert près d'un millier de ces galaxies extrêmement éloignées."

En relativement peu de temps d'observation, Webb a révolutionné la recherche de galaxies anciennes.

Le spectre est un outil important lors de la recherche de galaxies très anciennes. "L'étalon-or pour déterminer le décalage vers le rouge consiste à regarder le spectre d'une galaxie, qui mesure sa luminosité à une myriade de longueurs d'onde étroitement espacées. Mais une bonne approximation peut être déterminée en prenant des photos d'une galaxie à l'aide de filtres qui couvrent chacun une bande étroite de couleurs pour obtenir une poignée de mesures de luminosité. De cette façon, les chercheurs peuvent déterminer des estimations pour les distances de plusieurs milliers de galaxies à la fois ", explique la NASA.

Kevin Hainline de l'Université de l'Arizona à Tucson et ses collègues ont utilisé la caméra proche infrarouge de Webb (NIRCAM) pour obtenir ces mesures spectrales critiques, appelées décalages photométriques vers le rouge.

L'équipe de Hainline a identifié plus de 700 galaxies qui, selon eux, existaient lorsque l'univers avait entre 370 et 650 millions d'années. Le grand nombre de galaxies candidates dépasse de loin même les estimations les plus optimistes des scientifiques avant le lancement de Webb. La résolution révolutionnaire et la sensibilité spectrale de Webb rapportent d'énormes dividendes.

"Auparavant, les premières galaxies que nous pouvions voir ressemblaient à de petites taches. Et pourtant, ces taches représentent des millions, voire des milliards d'étoiles au début de l'univers", explique Hainline. "Maintenant, nous pouvons voir que certains d'entre eux sont en fait des objets étendus avec une structure visible. Nous pouvons voir des groupements d'étoiles naître seulement quelques centaines de millions d'années après le début des temps."

Crédits image : NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (Université de l'Arizona), Daniel Eisenstein (CfA). Traitement d'image : Alyssa Pagan (STScI)