La découverte inattendue d’une « galaxie impossible » brise les frontières astronomiques

PEARLSDG, une galaxie naine isolée découverte par le Télescope spatial James Webbdéfie les théories standards de l’évolution galactique en ne formant pas de nouvelles étoiles, ce qui indique la nécessité de réviser notre compréhension des galaxies.

Une équipe d’astronomes, dirigée par Tim Carleton, chercheur adjoint à l’Université d’État de l’Arizona, a découvert une galaxie naine apparue dans l’imagerie du télescope spatial James Webb (JWST) qui n’était pas la principale cible d’observation.

Les galaxies sont liées entre elles par la gravité et constituées d’étoiles et de planètes, avec de vastes nuages ​​de poussière et de gaz ainsi que de matière noire. Les galaxies naines sont les galaxies les plus abondantes de l’Univers et sont par définition petites et de faible luminosité. Ils comptent moins de 100 millions d’étoiles, alors que voie Lactéepar exemple, compte près de 200 milliards d’étoiles.

Comprendre les galaxies naines

Des observations récentes de galaxies naines sur l’abondance de « galaxies ultra-diffuses » hors de portée des grandes études spectroscopiques précédentes suggèrent que notre compréhension de la population des galaxies naines pourrait être incomplète.

Dans une étude récemment publiée, Carleton et l’équipe étudiaient initialement un amas de galaxies dans le cadre du projet JWST Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS).

La galaxie naine, PEARLSDG, est apparue par hasard dans certaines images JWST de l’équipe. Ce n’était pas du tout la cible, juste un peu à l’écart du champ d’observation principal, dans une zone de l’espace où ils ne s’attendaient à rien voir.

Leurs résultats ont été publiés dans le Lettres de journaux astrophysiques.

Percée dans la recherche sur les galaxies

PEARLSDG ne présentait pas les caractéristiques habituelles d’une galaxie naine que l’on pourrait s’attendre à voir. Il n’interagit pas avec une galaxie proche, mais il ne forme pas non plus de nouvelles étoiles. Il s’avère qu’il s’agit d’un cas intéressant de galaxie isolée et au repos.

« Ces types de galaxies naines isolées et tranquilles n’ont pas vraiment été observées auparavant, sauf dans des cas relativement rares. On ne s’attend pas vraiment à ce qu’ils existent étant donné notre compréhension actuelle de l’évolution des galaxies, donc le fait que nous voyons cet objet nous aide à améliorer nos théories sur la formation des galaxies », a déclaré Carleton. « En général, les galaxies naines qui existent seules continuent de former de nouvelles étoiles. »

Jusqu’à présent, la compréhension des astronomes de l’évolution des galaxies montrait une galaxie isolée qui continuait à former de jeunes étoiles ou qui interagirait avec une galaxie compagne plus massive. Cette théorie ne s’appliquait pas à PEARLSDG, qui se présente comme une ancienne population stellaire, ne formant pas de nouvelles étoiles et restant isolée.

Autre surprise, des étoiles individuelles peuvent être observées sur les images JWST de l’équipe. Ces étoiles sont plus brillantes dans les longueurs d’onde JWST ; c’est l’une des galaxies les plus éloignées où l’on puisse voir ces étoiles avec ce niveau de détail. La luminosité de ces étoiles permet aux astronomes de mesurer sa distance, soit 98 millions d’années-lumière.

Techniques astronomiques innovantes

Pour cette étude, Carleton, chercheur adjoint au Centre Beus pour les fondations cosmiques de l’École d’exploration de la Terre et de l’espace de l’ASU, et l’équipe ont utilisé un large éventail de données.

Cela inclut les données d’imagerie de la caméra proche infrarouge (NIRCam) de JWST ; données spectroscopiques du spectrographe optique DeVeny sur le télescope Lowell Discovery à Flagstaff, en Arizona ; imagerie d’archives de NASAles télescopes spatiaux Galex et Spitzer de ; et l’imagerie au sol du Sloan Digital Sky Survey et du Dark Energy Camera Legacy Survey.

La NIRCam de JWST possède une résolution angulaire et une sensibilité très élevées, permettant à l’équipe d’identifier des étoiles individuelles dans cette galaxie lointaine. Tout comme des cellules individuelles mises au point au microscope, ces observations ont mis en évidence les composants de PEARLSDG.

Il est important de noter que l’identification d’étoiles spécifiques dans l’imagerie a fourni un indice clé sur sa distance : ces étoiles ont une luminosité intrinsèque spécifique, donc en mesurant leur luminosité apparente avec JWST, l’équipe a pu déterminer à quelle distance elles se trouvent. Il s’avère que ces étoiles faisaient partie des étoiles de ce type les plus éloignées à observer.

Toutes les données d’imagerie d’archives, observées aux longueurs d’onde ultraviolettes, optiques et infrarouges, ont été rassemblées pour étudier la couleur de PEARLSDG. Les étoiles nouvellement formées ont une signature de couleur spécifique, donc l’absence d’une telle signature a été utilisée pour montrer que PEARLSDG ne formait pas de nouvelles étoiles.

Le spectrographe DeVeney du Lowell Discovery Telescope répartit la lumière des objets astronomiques en ses composants distincts, permettant aux astronomes d’étudier ses propriétés en détail. Par exemple, le décalage de longueur d’onde spécifique observé dans les caractéristiques des données spectroscopiques code des informations sur le mouvement de PEARLSDG, en utilisant le même « effet Doppler » que celui utilisé par les pistolets radar pour mesurer la vitesse des conducteurs sur les routes de l’Arizona.

Cela a été essentiel pour montrer que PEARLSDG n’est associé à aucune autre galaxie et est véritablement isolé.

De plus, des caractéristiques particulières du spectre sont sensibles à la présence de jeunes étoiles, de sorte que l’absence de ces caractéristiques corrobore davantage les mesures de l’absence de jeunes étoiles dans les données d’imagerie.

« C’était absolument contraire aux attentes des gens pour une galaxie naine comme celle-ci », a déclaré Carleton.

Cette découverte change la compréhension des astronomes sur la façon dont les galaxies se forment et évoluent. Cela suggère la possibilité que de nombreuses galaxies calmes isolées attendent d’être identifiées et que JWST dispose des outils pour le faire.

Cette recherche a été présentée lors de la conférence de presse du 243 AAS en janvier : Oddities in the Sky, et peut être consultée ici.