Webb découvre une galaxie « étrange » dont le gaz éclipse ses étoiles

La découverte d'une galaxie « étrange » et sans précédent dans l'univers primitif pourrait « nous aider à comprendre comment l'histoire cosmique a commencé », affirment les astronomes.

La galaxie GS-NDG-9422 récemment découverte apparaît comme une faible ombre sur cette image NIRCam (Near-Infrared Camera) du télescope spatial James Webb. Elle pourrait aider les astronomes à mieux comprendre l'évolution des galaxies dans l'Univers primitif. Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Alex Cameron (Oxford)

GS-NDG-9422 (9422) s'est forgée environ un milliard d'années après le Big Bang et se distingue par sa signature lumineuse étrange, jamais observée auparavant, indiquant que son gaz éclipse ses étoiles.

Ce « phénomène totalement nouveau » est important, affirment les chercheurs, car il pourrait s'agir de la phase manquante de l'évolution galactique entre les premières étoiles de l'univers et les galaxies familières et bien établies.

Cette classe extrême de galaxies a été repérée par le télescope spatial James Webb (JWST), un projet conjoint des agences spatiales américaine, européenne et canadienne, qui a été conçu pour remonter le temps jusqu'au début de l'univers.

Sa découverte a été rendue publique dans un article de recherche publié dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

« Ma première pensée en observant le spectre de la galaxie a été : « c'est bizarre », et c'est exactement ce que le télescope Webb a été conçu pour révéler : des phénomènes totalement nouveaux dans l' univers primitif qui nous aideront à comprendre comment l'histoire cosmique a commencé », a déclaré le chercheur principal, le Dr Alex Cameron, de l'Université d'Oxford.

Cette comparaison des données de Webb avec les prédictions d'un modèle informatique met en évidence la même caractéristique en pente qui a d'abord attiré l'attention du chercheur principal Alex Cameron. Le graphique du bas compare ce que les astronomes s'attendraient à voir dans une galaxie « typique », dont la lumière provient principalement des étoiles (ligne blanche), avec un modèle théorique de lumière provenant du gaz nébulaire chaud, éclipsant les étoiles (ligne jaune). Crédits : NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)

Cameron a contacté son collègue, le Dr Harley Katz, un théoricien, pour discuter de ces données étranges. En travaillant ensemble, leur équipe a découvert que les modèles informatiques de nuages de gaz cosmiques chauffés par des étoiles massives et très chaudes , au point que le gaz brille plus fort que les étoiles, correspondaient presque parfaitement aux observations de Webb.

« Il semble que ces étoiles doivent être beaucoup plus chaudes et plus massives que ce que nous voyons dans l'univers local, ce qui est logique car l'univers primitif était un environnement très différent », a déclaré Katz, d'Oxford et de l'Université de Chicago.

Dans l'univers local, les étoiles massives et chaudes ont généralement une température comprise entre 40 000 et 50 000 degrés Celsius. Selon l'équipe, la galaxie 9422 abrite des étoiles dont la température dépasse 80 000 degrés Celsius.

Les chercheurs soupçonnent que la galaxie se trouve au milieu d'une brève phase de formation intense d'étoiles à l'intérieur d'un nuage de gaz dense qui produit un grand nombre d'étoiles massives et chaudes. Le nuage de gaz est frappé par tellement de photons de lumière provenant des étoiles qu'il brille extrêmement fort.

Outre sa nouveauté, le gaz nébulaire surpassant les étoiles est intrigant car il s'agit d'un phénomène prédit dans les environnements de la première génération d'étoiles de l'univers, que les astronomes classent comme des étoiles de population III.

Cette image de la galaxie GS-NDG-9422, capturée par l'instrument NIRCam (Near-Infrared Camera) du télescope spatial James Webb, est présentée avec des flèches de boussole, une barre d'échelle et une légende de couleurs pour référence. Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Alex Cameron (Oxford)

« Nous savons que cette galaxie ne possède pas d’étoiles de population III, car les données de Webb montrent une trop grande complexité chimique. Cependant, ses étoiles sont différentes de celles que nous connaissons – les étoiles exotiques de cette galaxie pourraient nous aider à comprendre comment les galaxies sont passées des étoiles primordiales aux types de galaxies que nous connaissons déjà », a déclaré Katz.

À ce stade, la galaxie 9422 est un exemple de cette phase de développement galactique, il reste donc encore de nombreuses questions sans réponse. Ces conditions sont-elles courantes dans les galaxies à cette époque ou sont-elles rares ? Que peuvent-elles nous apprendre de plus sur des phases encore plus anciennes de l'évolution des galaxies ?

Cameron, Katz et leurs collègues de recherche identifient désormais davantage de galaxies à ajouter à cette population pour mieux comprendre ce qui se passait dans l’univers au cours du premier milliard d’années après le Big Bang.

« C'est une période très excitante que de pouvoir utiliser le télescope Webb pour explorer cette période de l'univers qui était autrefois inaccessible », a déclaré Cameron. « Nous ne sommes qu'au début de nouvelles découvertes et de nouvelles connaissances. »

Plus d'informations : Alex J Cameron et al., Galaxies dominées par les nébuleuses : aperçu de la fonction de masse initiale stellaire à décalage vers le rouge élevé, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI : 10.1093/mnras/stae1547

Fourni par la Royal Astronomical Society