Avant le JWST, nous ne disposions pas de télescopes infrarouges dotés de miroirs suffisamment grands pour détecter la lumière des galaxies primitives. Hubble peut observer la lumière proche infrarouge, mais son miroir ne mesure que 2,4 mètres. Il n'a découvert qu'une seule galaxie sur les 500 millions d'années de l'univers. Le télescope spatial Spitzer était un télescope infrarouge dédié, mais son miroir ne mesurait que 85 cm. Non seulement le JWST possède un miroir beaucoup plus grand, mais la technologie des détecteurs a tellement progressé que le voile obscurcissant l'univers primitif se lève, une galaxie ancienne à la fois.
L'un des principaux thèmes scientifiques du JWST est l'Assemblée des Galaxies. Nous devons observer les premières galaxies de l'univers pour comprendre leur formation et leur évolution. Quelques semaines après le début des observations, le télescope a détecté une abondance de galaxies brillantes à des décalages vers le rouge supérieurs à z = 10. « Cette population inattendue a électrisé la communauté et soulevé des questions fondamentales sur la formation des galaxies au cours des 500 premiers millions d'années », écrivent les auteurs d'un nouvel article.
Le JWST a constamment repoussé notre horizon d’observation, et cette nouvelle détection montre qu’il n’a peut-être pas encore atteint sa limite.
La galaxie récemment découverte est nommée MoM-z14 et provient du relevé Mirage ou Miracle. Ce relevé spectroscopique vise à confirmer les galaxies candidates à fort décalage vers le rouge, et z14 désigne le décalage vers le rouge de la galaxie. Cette découverte est surprenante, car les astronomes s'attendaient à trouver très peu de galaxies présentant un décalage vers le rouge aussi élevé.
Cette découverte est présentée dans un nouvel article intitulé « Un miracle cosmique : une galaxie remarquablement lumineuse à z spec = 14,44 confirmée par le JWST ». L'auteur principal est Rohan Naidu, de l'Institut Kavli d'astrophysique et de recherche spatiale du MIT. L'article a été soumis à l' Open Journal of Astrophysics et est disponible sur le serveur de prépublications arXiv.
« Le JWST a révélé une population étonnante de galaxies brillantes à des époques étonnamment précoces, z > 10, où peu de sources de ce type étaient attendues », écrivent les auteurs. Avec un décalage vers le rouge de z = 14,4, cette galaxie « repousse la frontière d'observation à seulement 280 millions d'années après le Big Bang ». Ils soulignent que le JWST a découvert bien plus de galaxies brillantes entre z = 14 et 15 que ce que le consensus indiquait avant son lancement.
Cette étude n'est pas une simple curiosité. L'examen spectroscopique a révélé des résultats intéressants liés au thème « Assemblage des galaxies » du JWST.
Les observations montrent que la majeure partie de la lumière de la galaxie provient des étoiles, et non d'un noyau galactique actif (GNA). Les GNA sont les noyaux brillants des galaxies alimentés par des trous noirs supermassifs accrétant de la matière. MoM-z14 abrite donc probablement des étoiles supermassives lumineuses, ce que la théorie prédisait pour l'univers primitif.
Le rapport azote/carbone de la galaxie est supérieur à celui observé dans le Soleil. Sa composition chimique ressemble à celle d'anciens amas globulaires rattachés à la Voie lactée. Cela signifie que les étoiles de la galaxie et celles des amas globulaires se sont formées dans des environnements similaires, avec une nucléosynthèse et une pollution métallicitique similaires provenant d'étoiles précédentes.
« Étant donné que ce modèle d’abondance est également commun parmi les étoiles les plus anciennes nées dans la Voie Lactée, nous pourrions être directement témoins de la formation de telles étoiles dans des amas denses, reliant l’évolution des galaxies à travers toute l’étendue du temps cosmique », écrivent les auteurs.
Il semble exister deux morphologies pour ces anciennes galaxies brillantes : ponctuelles et étendues. La relation entre leur morphologie et leur chimie constitue un autre lien potentiel dans l'évolution des galaxies. « De plus, comme l'ont remarqué Harikane et al. (2024b), ces différences morphologiques se reflètent dans les profils d'abondance chimique, signalant un lien plus profond entre morphologie et voies évolutives », écrivent les auteurs.
À mesure que le JWST a découvert des galaxies brillantes plus anciennes, une classe d'objets fortement émetteurs d'azote est apparue, notamment les Petits Points Rouges lumineux. MoM-z14 pourrait être l'un des objets les plus enrichis en azote jamais découverts par le JWST. « Cela apporte une preuve supplémentaire de l'existence d'une bimodalité taille-chimie à z > 10, où les sources étendues ont tendance à être faibles en azote, tandis que les sources compactes sont fortement émettrices d'azote », expliquent les auteurs.
La communauté des sciences spatiales a longtemps attendu le JWST et sa capacité à observer l'univers primordial. Si certaines de ses découvertes ont été surprenantes, cette étude montre comment les astronomes établissent des liens entre les surprises révélées par l'univers primordial et l'univers moderne.
« Nous interprétons les émetteurs MoM-z14 et N à travers l'archéologie galactique, reliant leurs profils d'abondance aux étoiles les plus anciennes nées dans la Voie lactée à z ≳ 4 ainsi qu'aux amas globulaires », écrivent les auteurs dans leur conclusion. « L'amplification N, la luminosité, les spectres d'ionisation dure, la densité stellaire, la morphologie, la dépendance au décalage vers le rouge et la fraction de trous noirs de ces sources pourraient être liés à des environnements de type amas globulaires où des collisions incontrôlables pourraient produire des objets extraordinaires tels que des étoiles supermassives. »
S'il survit aux menaces répétées d'annulation, le télescope spatial Roman devrait révéler des centaines d'autres galaxies de ce type. Un ensemble de données plus important est toujours souhaitable et permettrait de consolider certaines de ces découvertes, voire d'ouvrir de nouveaux mystères. Quoi qu'il en soit, ce sera un progrès. Mais pour l'instant, c'est le télescope spatial James Webb qui mérite d'être mis en lumière pour cette découverte.
« Le JWST lui-même semble prêt à entraîner une série de grandes expansions de la frontière cosmique, des décalages vers le rouge auparavant inimaginables, approchant l'ère des toutes premières étoiles, ne semblent plus très loin », concluent les chercheurs.
Plus d'informations : Rohan P. Naidu et al., A Cosmic Miracle: A Remarkably Luminous Galaxy at z spec = 14,44 Confirmé par JWST, arXiv (2025). DOI : 10.48550/arxiv.2505.11263
Fourni par Universe Today
