Lorsque les astronomes regardent des objets lointains – loin dans l'espace et dans le temps – le tout trop souvent, la poussière se met dans leurs yeux. Eh bien, pas exactement les yeux – dans la ligne de vision de leurs télescopes. Il est difficile de jeter un coup d'œil à une galaxie formée, disons, il y a environ cinq milliards d'années, car il y a beaucoup de particules flottant dans la galaxie elle-même qui bloque une vue claire.
Maintenant, en utilisant le télescope spatial James Webb (JWST), un astronome Tufts et ses collègues ont découvert que la poussière recouverte de glace dans une galaxie lointaine ressemble beaucoup à la poussière qui nous est plus proche.
Savoir que cela permettra aux astronomes de calibrer plus précisément leurs calculs pour mesurer des choses comme la formation d'étoiles et de trous noirs dans l'univers précédent. Leurs recherches ont été publiées dans le Journal astrophysique.
L'univers aurait formé il y a environ 14 milliards d'années, et Anna Sajina, professeur d'astronomie et d'astrophysique à Tufts, étudie la galaxie et la formation de trous noirs.
La difficulté d'étudier ces périodes beaucoup éloignées est que la formation de trous étoiles et noires est très lourdement obscurcie par la poussière. Dans ses recherches, Sajina se concentre sur les systèmes obstrués par la poussière et sur « comprendre comment corriger les effets de la poussière », dit-elle.
La poussière absorbe la lumière des étoiles et la réapparaît dans le spectre infrarouge, invisible à l'œil humain. Une grande partie de la compréhension des astronomes de la formation des étoiles « repose sur la capacité de corriger l'obscurcissement de la poussière », explique Sajina. « Pour corriger cela, vous devez faire quelques hypothèses sur les propriétés de la poussière. »
Jusqu'à présent, il y avait des moyens très limités pour étudier les propriétés de la poussière dans les galaxies lointaines. Au lieu de cela, « vous deviez supposer que la poussière est la même que localement », explique Sajina. « Mais nous ne savions pas cela à coup sûr. »
La poussière entre les étoiles est composée de petits grains de choses comme le carbone, le silicium et le fer. « Les endroits où les étoiles se forment sont remplis de gaz froid et dense et sont riches en poussière – c'est pourquoi la formation des étoiles est très obscurcie par la poussière en général. » La poussière interstellaire fournit également beaucoup de matières premières pour la formation éventuelle de la planète.
« Par conséquent, si les propriétés de la poussière dans les galaxies lointaines sont similaires à celles de notre propre Voie lactée, alors nous nous attendons à ce que les propriétés de leurs planètes soient également similaires. »
Les chercheurs ont utilisé l'instrument de visualisation de la gamme infrarouge moyenne du JWST, qui peut montrer « une région spectrale très riche en informations sur les propriétés des galaxies, beaucoup de caractéristiques de poussière et de gaz », dit-elle. Le temps sur le JWST est très compétitif – beaucoup plus d'astronomes veulent l'utiliser que des heures disponibles.
Bien au-delà de la voie laiteuse
Le travail de Sajina s'est concentré sur une galaxie à environ cinq milliards d'années-lumière, ce qui signifie que la lumière qui a atteint le JWST a quitté la maison il y a environ cinq milliards d'années. La galaxie, connue sous le nom de SSTXFLS J172458.3 + 591545, a un trou noir profondément obscurci qui se développe activement en consommant du gaz interstellaire, appelé noyau galactique actif.
Avec la sensibilité élevée du JWST – beaucoup plus grande que les autres télescopes, même le télescope spatial Hubble – les chercheurs ont pu détecter des molécules sous une forme solide telles que les glaces de dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone et l'eau sur les grains de poussière – la première fois que tous ces éléments ont été détectés sous la forme de glace en dehors de notre « univers local », dans le sens, au cours des derniers milliards d'années.
« Nous avons détecté des molécules et même des molécules très complexes dans l'espace sous forme de gaz pendant longtemps », explique Sajina, mais c'est la première fois « en regardant directement les manteaux de glace solide sur les grains de poussière – ceux-ci sont difficiles à observer ».
Les observations au-delà de la manière laiteuse de ces caractéristiques « sont très, très rares – ce sont les premières qui poussent vraiment au-delà de l'univers local, passant plusieurs milliards d'années dans le passé », dit-elle. « Le détail des spectres est tellement mieux que nous pouvons mieux comprendre la chimie qui va sur les surfaces de ces grains. »
Les chercheurs ont découvert que la composition des particules de poussière couvertes de glace « est fondamentalement la même que ce que nous voyons dans les objets à l'intérieur de notre propre galaxie et des objets très proches », explique Sajina. « Donc, cinq milliards d'années dans le passé, si les planètes se forment dans ces galaxies lointaines, ils auraient les mêmes matières premières pour commencer. »
La présence de la caractéristique de glace « nous dit également quelque chose sur la façon dont la poussière est distribuée dans ces systèmes obscurcis dans le passé – qu'il existe un noyau dense compact, ce que nous avons trouvé pour cette galaxie ».
