Retour sur l'aube cosmique : les astronomes confirment la galaxie la plus faible jamais vue

Retour sur l'aube cosmique : les astronomes confirment la galaxie la plus faible jamais vue

Horodatage: 13 août 2023 10:00

L'univers dans lequel nous vivons est transparent, où la lumière des étoiles et des galaxies brille sur un fond clair et sombre. Mais ce n'était pas toujours le cas - dans ses premières années, l'univers était rempli d'un brouillard d'atomes d'hydrogène qui obscurcissait la lumière des premières étoiles et galaxies.

On pense que la lumière ultraviolette intense des premières générations d'étoiles et de galaxies a traversé le brouillard d'hydrogène, transformant l'univers en ce que nous voyons aujourd'hui. Alors que les générations précédentes de télescopes n'avaient pas la capacité d'étudier ces premiers objets cosmiques, les astronomes utilisent maintenant le Télescope spatial James Webbtechnologie supérieure pour étudier les étoiles et les galaxies qui se sont formées immédiatement après le Big Bang.

Je suis un astronome qui étudie les galaxies les plus lointaines dans l'univers à l'aide des meilleurs télescopes terrestres et spatiaux au monde. À l'aide de nouvelles observations du télescope Webb et d'un phénomène appelé lentille gravitationnelle, mon équipe confirmé l'existence de la galaxie la plus faible actuellement connue dans l'univers primitif. La galaxie, appelée JD1, est vue telle qu'elle était lorsque l'univers n'avait que 480 millions d'années, soit 4% de son âge actuel.

Une brève histoire de l'univers primordial

Le premier milliard d'années de la vie de l'univers fut une période cruciale de son évolution. Dans les premiers instants après le Big Bang, la matière et la lumière étaient liées l'une à l'autre dans une "soupe" chaude et dense de particules fondamentales.

Pourtant, une fraction de seconde après le Big Bang, l'univers s'est développé extrêmement rapidement. Cette expansion a finalement permis à l'univers de se refroidir suffisamment pour que la lumière et la matière se séparent de leur "soupe" et, quelque 380,000 XNUMX ans plus tard, forment des atomes d'hydrogène. Les atomes d'hydrogène sont apparus comme un brouillard intergalactique, et sans lumière des étoiles et des galaxies, l'univers était sombre. Cette période est connue sous le nom de âge sombre cosmique.

L'arrivée des premières générations d'étoiles et de galaxies plusieurs centaines de millions d'années après le Big Bang a baigné l'univers d'une lumière UV extrêmement chaude, qui brûlé ou ionisé le brouillard d'hydrogène. Ce processus a donné l'univers transparent, complexe et magnifique que nous voyons aujourd'hui.

Les astronomes comme moi appellent le premier milliard d'années de l'univers - lorsque ce brouillard d'hydrogène brûlait - le époque de réionisation. Pour bien comprendre cette période, nous étudions quand les premières étoiles et galaxies se sont formées, quelles étaient leurs principales propriétés et si elles étaient capables de produire suffisamment de lumière UV pour brûler tout l'hydrogène.

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La recherche de galaxies faibles dans l'univers primordial

La première étape vers la compréhension de l'époque de la réionisation consiste à trouver et à confirmer les distances aux galaxies qui, selon les astronomes, pourraient être responsables de ce processus. Puisque la lumière se déplace à une vitesse finie, il faut du temps pour arriver à nos télescopes, donc les astronomes voir les objets tels qu'ils étaient dans le passé.

Par exemple, la lumière du centre de notre galaxie, la Voie lactée, met environ 27,000 27,000 ans pour nous atteindre sur Terre, nous la voyons donc telle qu'elle était il y a 13.8 XNUMX ans. Cela signifie que si l'on veut remonter jusqu'aux tout premiers instants après le Big Bang (l'univers a XNUMX milliards d'années), il faut chercher des objets à des distances extrêmes.

Parce que les galaxies résidant dans cette période sont si éloignées, elles semblent extrêmement faible et petit à nos télescopes et émettent la majeure partie de leur lumière dans l'infrarouge. Cela signifie que les astronomes ont besoin de puissants télescopes infrarouges comme Webb pour les trouver. Avant Webb, pratiquement toutes les galaxies lointaines découvertes par les astronomes étaient exceptionnellement brillantes et grandes, simplement parce que nos télescopes n'étaient pas assez sensibles pour voir les galaxies plus faibles et plus petites.

Cependant, c'est cette dernière population qui est beaucoup plus nombreuse, représentative et susceptible d'être le principal moteur du processus de réionisation, pas les plus brillantes. Ainsi, ces galaxies faibles sont celles que les astronomes doivent étudier plus en détail. C'est comme essayer de comprendre l'évolution des humains en étudiant des populations entières plutôt que quelques personnes très grandes. En nous permettant de voir des galaxies faibles, Webb ouvre une nouvelle fenêtre sur l'étude de l'univers primitif.

Une galaxie ancienne typique

JD1 est l'une de ces galaxies faibles "typiques". C'était découvert en 2014 avec le télescope spatial Hubble comme une galaxie distante suspecte. Mais Hubble n'avait pas les capacités ou la sensibilité pour confirmer sa distance - il ne pouvait faire qu'une supposition éclairée.

Petit et faible à proximité les galaxies peuvent parfois être confondues avec des galaxies lointaines, les astronomes doivent donc être sûrs de leurs distances avant de pouvoir affirmer leurs propriétés. Les galaxies lointaines restent donc des « candidates » tant qu'elles ne sont pas confirmées. Le télescope Webb a enfin les capacités de les confirmer, et JD1 a été l'une des premières confirmations majeures par Webb d'une galaxie candidate extrêmement éloignée trouvée par Hubble. Cette confirmation le classe comme la galaxie la plus faible jamais vue dans l'univers primitif.

Pour confirmer JD1, une équipe internationale d'astronomes et moi avons utilisé le spectrographe proche infrarouge de Webb, NIRspec, pour obtenir un spectre infrarouge de la galaxie. Le spectre nous a permis de déterminer la distance de la Terre et de déterminer son âge, le nombre de jeunes étoiles qu'elle a formées et la quantité de poussière et d'éléments lourds qu'elle a produits.

Lumières vives (galaxies et quelques étoiles) sur fond de ciel sombre. Une galaxie faible est montrée dans une boîte agrandie comme une tache sombre.
Un ciel plein de galaxies et quelques étoiles. JD1, représentée dans une boîte agrandie, est la galaxie la plus faible jamais trouvée dans l'univers primitif. Crédit d'image : Guido Roberts-Borsani/UCLA ; images originales : NASA, ESA, CSA, Swinburne University of Technology, University of Pittsburgh, STScI.

Lentille gravitationnelle, loupe de la nature

Même pour Webb, JD1 serait impossible à voir sans l'aide de la nature. JD1 est situé derrière un grand amas de galaxies proches, appelé Abelle 2744, dont la force gravitationnelle combinée plie et amplifie la lumière de JD1. Cet effet, connu sous le nom de lentille gravitationnelle, fait apparaître JD1 plus grand et 13 fois plus lumineux qu'il ne le ferait normalement.

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Sans lentille gravitationnelle, les astronomes n'auraient pas vu JD1, même avec Webb. La combinaison du grossissement gravitationnel de JD1 et de nouvelles images d'un autre instrument proche infrarouge de Webb, NIRCam, a permis à notre équipe d'étudier la structure de la galaxie avec des détails et une résolution sans précédent.

Cela signifie non seulement que nous, en tant qu'astronomes, pouvons étudier les régions internes des premières galaxies, mais cela signifie également que nous pouvons commencer à déterminer si ces premières galaxies étaient des sources petites, compactes et isolées, ou si elles fusionnaient et interagissaient avec des galaxies proches. En étudiant ces galaxies, nous remontons aux éléments constitutifs qui ont façonné l'univers et donné naissance à notre foyer cosmique.The Conversation

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

Crédit image: NASA/STScI

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