Notre compréhension de l'univers commence par le Big Bang, un moment dans le temps où l'univers a commencé à se développer dans ce que nous voyons autour de nous maintenant. La nucléosynthèse du Big Bang décrit comment seuls les éléments les plus légers ont été créés à l'origine: l'hydrogène, l'hélium et un tout petit peu de lithium. Pour les éléments plus lourds que ceux, que les astrophysiciens appellent des métaux, une génération d'étoiles a dû vivre et mourir.
Cette première population d'étoiles est appelée population de 3 étoiles, et ils ont forgé les premiers métaux de l'univers, les éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium. Les étoiles POP 3 elles-mêmes n'avaient pas de métaux, ni de métallicité extrêmement faible, et elles les ont forgés par une nucléosynthèse stellaire. Les étoiles ne se forment pas isolément, elles se forment dans les galaxies, donc il aurait dû y avoir des galaxies pop 3, et leur population stellaire aurait dû n'avoir pas de métaux.
Notre compréhension de l'univers est incomplète, pour le dire légèrement, et il manque des preuves manquantes que les scientifiques aimeraient trouver. Ces pièces manquantes confirmeraient que nous sommes sur la bonne voie pour comprendre la nature. L'une des pièces manquantes est la population insaisissable de 3 galaxies. Il devrait y avoir les premières galaxies à des décalages vers le rouge élevés qui n'ont aucune métallicité, et les trouver serait une preuve supplémentaire qui soutient notre compréhension de l'univers.
Le télescope spatial James Webb nous a tous surpris en trouvant de grandes galaxies entièrement formées beaucoup plus tôt dans l'univers que nous ne le pensions. Il est ébranlé les idées des scientifiques sur la façon dont l'univers a évolué. Selon notre compréhension pré-JWST, les galaxies aussi importantes et matures n'auraient pas dû exister si tôt dans l'histoire de l'univers, et leur découverte a envoyé une forte ondulation de curiosité à travers la communauté scientifique.
Mais même si le JWST a trouvé ces grandes galaxies à un si jeune âge, il n'a pas trouvé de galaxie zéro-métallicité. Le puissant télescope JWST a détecté des galaxies qui ne formaient que quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, mais jusqu'à présent n'ont détecté aucune de ces galaxies zéro métallicité en toute confiance.
Lorsqu'il s'agit d'observer le cosmos, l'oxygène peut jouer un rôle clé. Le modèle cosmologique Big Bang dit qu'il devrait y avoir les premières galaxies avec rien de plus lourd que l'hydrogène et l'hélium, et cela inclut l'oxygène. La ligne d'émission OIII dans la spectroscopie peut montrer aux astronomes un certain nombre de choses. Il indique une activité de formation d'étoiles et est particulièrement utile pour mesurer cette activité à des décalages rouges élevés. Il est utile pour observer des décalages vers le rouge élevés à partir du sol, et encore plus utiles lorsqu'il est mesuré par des télescopes spatiaux comme le JWST.
Dans les galaxies très précoces, de fortes émissions d'OIII indiquent une faible métallicité. Lorsque les astronomes trouvent une galaxie avec de faibles émissions d'OIII, cela suggère également qu'ils se sont formés dans des conditions très différentes de maintenant. Jusqu'à présent, ils n'ont repéré aucun exemple convaincant.
Mais cela aurait pu changer. Nouvelles recherches soumises à Nature présente la découverte d'une galaxie qui peut être vierge. La recherche est intitulée «Formation d'étoiles massives vierge capturée à la pause de Cosmic Dawn», et l'auteur principal est Takahiro Morishita, qui est un scientifique du personnel du Centre de traitement et d'analyse infrarouge (IPAC) du California Institute of Technology. La recherche est disponible sur le arxiv serveur de préimprimée.
« L'existence de galaxies sans éléments tels que l'oxygène – formé par des étoiles après la nucléosynthèse du Big Bang – est une prédiction clé du modèle cosmologique », écrivent les chercheurs. « Cependant, aucune population » zéro-métallicité « vierge n'a été identifiée jusqu'à présent. »
Jusqu'à maintenant. Morishita et ses co-auteurs ont trouvé une galaxie qui correspond à la description. Ils l'ont détecté à Redshift Z = 5,725, ce qui signifie que sa lumière a été émise lorsque l'univers n'avait que 900 à 1 milliard d'années. Il s'appelle Amore6 et a été détecté par leurtage gravitationnel. Cela a agrandi et dupliqué les images de la galaxie, ce qui facilite l'observation.
Le JWST a trouvé les émissions de Hβ, une ligne importante de l'astronomie utilisée pour mesurer les galaxies de différentes manières, mais elle n'a détecté aucun oxygène. Cela signifie que sa métallicité est très faible. « L'absence de (O III) indique immédiatement qu'Amore6 abrite un milieu très basse métallicité, près d'Interstellar », explique les auteurs.
La galaxie montre également une masse stellaire faible et une morphologie extrêmement compacte. « Ces propriétés sont cohérentes avec la formation massive d'étoiles dans un environnement vierge ou quasi-impatient », écrivent les auteurs. Le fait est que cette galaxie n'est pas aussi ancienne que certaines galaxies antérieures entièrement formées que le JWST a trouvées. Il est quelque peu déroutant que cet exemple fort d'un environnement de formation d'étoiles vierge et basse métallicité ait été trouvé près d'un milliard d'années après le Big Bang.
Plus d'études seront nécessaires pour confirmer ces résultats et les comprendre plus en détail. Mais la détection suggère que nous sommes sur la bonne voie pour comprendre la nature.
« La découverte d'un tel exemple à une période relativement tardive de l'histoire cosmique est surprenante », écrivent les chercheurs. « Cependant, quelle que soit l'époque cosmique, l'identification d'un objet potentiellement vierge est une validation clé du modèle Big Bang. »
