Dans une nouvelle étude, une équipe internationale d’astrophysiciens a découvert plusieurs objets mystérieux cachés dans les images du télescope spatial James Webb : six galaxies potentielles qui ont émergé si tôt dans l’histoire de l’univers et sont si massives qu’elles ne devraient pas être possibles selon la théorie cosmologique actuelle.
Chacune des galaxies candidates peut avoir existé à l’aube de l’univers environ 500 à 700 millions d’années après le Big Bang , soit il y a plus de 13 milliards d’années. Ils sont également gigantesques, contenant presque autant d’étoiles que la galaxie de la Voie lactée d’aujourd’hui .
« C’est des conneries », a déclaré Erica Nelson, co-auteur de la nouvelle recherche et professeur adjoint d’astrophysique à l’ Université du Colorado à Boulder . « Vous ne vous attendez tout simplement pas à ce que l’univers primitif soit capable de s’organiser aussi rapidement. Ces galaxies n’auraient pas dû avoir le temps de se former.
Nelson et ses collègues, dont le premier auteur Ivo Labbé de la Swinburne University of Technology en Australie, ont publié leurs résultats le 22 février dans la revue Nature.
Les dernières découvertes ne sont pas les premières galaxies observées par James Webb , qui a été lancé en décembre 2021 et est le télescope le plus puissant jamais envoyé dans l’espace. L’année dernière, une autre équipe de scientifiques a repéré quatre galaxies qui ont probablement fusionné à partir de gaz environ 350 millions d’années après le Big Bang . Ces objets, cependant, étaient carrément crevettes par rapport aux nouvelles galaxies , contenant beaucoup moins de masse d’étoiles.
Les chercheurs ont encore besoin de plus de données pour confirmer que ces galaxies sont aussi grandes qu’elles en ont l’air et remontent aussi loin dans le temps. Leurs observations préliminaires, cependant, offrent un avant-goût alléchant de la façon dont James Webb pourrait réécrire les manuels d’astronomie.
« Une autre possibilité est que ces choses soient un autre type d’objet étrange, comme des quasars faibles, ce qui serait tout aussi intéressant », a déclaré Nelson.
Points flous
Il y a beaucoup d’excitation : en 2022, Nelson et ses collègues, originaires des États-Unis, d’Australie, du Danemark et d’Espagne, ont formé une équipe ad hoc pour enquêter sur les données que James Webb renvoyait sur Terre.
Leurs découvertes récentes découlent de l’ enquête Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) du télescope. Ces images plongent profondément dans une parcelle de ciel proche de la Grande Ourse, une région de l’espace relativement ennuyeuse, du moins à première vue, que le télescope spatial Hubble a observée pour la première fois dans les années 1990.
Nelson regardait une section de la taille d’un timbre-poste d’une image lorsqu’elle a repéré quelque chose d’étrange : quelques « points flous » de lumière qui semblaient bien trop brillants pour être réels.
« Ils étaient si rouges et si brillants », a déclaré Nelson. « Nous ne nous attendions pas à les voir.
Elle a expliqué qu’en astronomie, la lumière rouge équivaut généralement à la vieille lumière. L’univers, dit Nelson, est en expansion depuis la nuit des temps. Au fur et à mesure de son expansion, les galaxies et autres objets célestes s’éloignent les uns des autres et la lumière qu’ils émettent s’étire – pensez-y comme l’équivalent cosmique de la tire d’eau salée. Plus la lumière s’étire, plus elle paraît rouge aux instruments humains. (La lumière des objets se rapprochant de la Terre, en revanche, semble plus bleue).
L’équipe a effectué des calculs et découvert que leurs anciennes galaxies étaient également énormes, abritant des dizaines à des centaines de milliards d’étoiles de la taille du soleil, à égalité avec la Voie lactée.
Ces galaxies primordiales, cependant, n’avaient probablement pas grand-chose en commun avec les nôtres.
« La Voie lactée forme environ une à deux nouvelles étoiles chaque année », a déclaré Nelson. « Certaines de ces galaxies devraient former des centaines de nouvelles étoiles par an pendant toute l’histoire de l’univers. »
Nelson et ses collègues veulent utiliser James Webb pour collecter beaucoup plus d’informations sur ces objets mystérieux, mais ils en ont déjà vu assez pour piquer leur curiosité. Pour commencer, les calculs suggèrent qu’il n’aurait pas dû y avoir assez de matière normale – celle qui compose les planètes et les corps humains – à cette époque pour former autant d’étoiles aussi rapidement.
« Si même l’une de ces galaxies est réelle, elle repoussera les limites de notre compréhension de la cosmologie », a déclaré Nelson.
Remonter dans le temps
Pour Nelson, les nouvelles découvertes sont l’aboutissement d’un voyage qui a commencé lorsqu’elle était à l’école primaire. Quand elle avait 10 ans, elle a écrit un rapport sur Hubble, un télescope qui a été lancé en 1990 et qui est toujours actif aujourd’hui. Nelson était accro.
« Il faut du temps pour que la lumière passe d’une galaxie à nous, ce qui signifie que vous regardez en arrière dans le temps lorsque vous regardez ces objets », a-t-elle déclaré. « J’ai trouvé ce concept tellement époustouflant que j’ai décidé à cet instant que c’était ce que je voulais faire de ma vie. »
Le rythme rapide des découvertes avec James Webb ressemble beaucoup à ces premiers jours de Hubble, a déclaré Nelson. À l’époque, de nombreux scientifiques pensaient que les galaxies n’avaient commencé à se former que des milliards d’années après le Big Bang. Mais les chercheurs ont rapidement découvert que l’univers primitif était beaucoup plus complexe et passionnant qu’ils n’auraient pu l’imaginer.
« Même si nous avons déjà appris notre leçon de Hubble, nous ne nous attendions toujours pas à ce que James Webb voie des galaxies aussi matures exister si loin dans le temps », a déclaré Nelson. « Je suis vraiment enthousiaste. »
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