Archéologie galactique : percer les mystères les plus anciens de l’univers avec Webb

L’astronome Rutgers recherche des indices sur les débuts de l’univers.

À l’aide d’ensembles de données massifs collectés grâce au télescope spatial James Webb de la NASA, une équipe de recherche dirigée par un astronome de l’Université Rutgers du Nouveau-Brunswick découvre des indices sur les conditions existant dans l’univers primitif.

L’équipe a catalogué l’âge des étoiles dans la galaxie Wolf-Lundmark-Melotte (WLM), en dressant ainsi l’image la plus détaillée à ce jour, selon les chercheurs. WLM, un voisin du voie Lactéeest un centre actif de formation d’étoiles qui comprend des étoiles anciennes formées il y a 13 milliards d’années.

Fouilles archéologiques à travers le cosmos

« En regardant si profondément et en voyant si clairement, nous avons pu remonter le temps », a déclaré Kristen McQuinn, professeure adjointe au Département de physique et d’astronomie de l’École des arts et des sciences, qui a dirigé le projet. recherche, décrite dans le Journal d’astrophysique. « En gros, vous faites une sorte de fouille archéologique pour trouver les étoiles de très faible masse qui se sont formées au début de l’histoire de l’univers. »

McQuinn a crédité le cluster de calcul haute performance Amarel géré par le Rutgers Office of Advanced Research Computing pour avoir permis à l’équipe de calculer l’histoire du développement stellaire de la galaxie. Un aspect de la recherche impliquait de prendre un calcul massif et de le répéter 600 fois, a déclaré McQuinn.

Cet effort de calcul majeur a également permis de confirmer les étalonnages du télescope et les procédures de traitement des données, ce qui bénéficiera à la communauté scientifique au sens large, a-t-elle ajouté.

L’importance des galaxies de faible masse

Les galaxies dites de « faible masse » présentent un intérêt particulier pour McQuinn. Parce qu’on pense qu’ils ont dominé l’univers primitif, ils permettent aux chercheurs d’étudier la formation des étoiles, l’évolution des éléments chimiques et l’impact de la formation des étoiles sur le gaz et la structure d’une galaxie. Faibles et réparties dans le ciel, elles constituent la majorité des galaxies de l’univers local. Des télescopes avancés tels que le Webb permettent aux scientifiques d’observer de plus près.

WLM – une galaxie « irrégulière », c’est-à-dire qu’elle ne possède pas de forme distincte, telle qu’une spirale ou une ellipse – a été découverte par l’astronome allemand Max Wolf en 1909 et caractérisée plus en détail en 1926 par l’astronome suédois Knut Lundmark et l’astronome britannique. Philibert Jacques Melotte. Il est positionné à la périphérie du Groupe Local, un groupe de galaxies en forme d’haltère qui comprend la Voie Lactée.

Le fait d’être à la limite du groupe local a protégé WLM des ravages du mélange avec d’autres galaxies, laissant sa population d’étoiles dans un état vierge et utile pour l’étude, a noté McQuinn. WLM est également intéressant pour les astronomes car il s’agit d’un système dynamique et complexe contenant beaucoup de gaz, lui permettant de former activement des étoiles.

Formation d’étoiles dans la galaxie WLM

Pour formuler l’histoire de la formation des étoiles de la galaxie – la vitesse à laquelle les étoiles sont nées à différentes époques de l’univers – McQuinn et son équipe ont utilisé le télescope pour se concentrer minutieusement sur des bandes de ciel contenant des centaines de milliers d’étoiles individuelles. Pour déterminer l’âge d’une étoile, ils ont mesuré sa couleur – un indicateur de la température – et sa luminosité.

« Nous pouvons utiliser ce que nous savons sur l’évolution stellaire et ce que ces couleurs et luminosités indiquent pour vieillir les étoiles de la galaxie », a déclaré McQuinn, ajoutant que les chercheurs ont ensuite compté les étoiles d’âges différents et cartographié le taux de natalité des étoiles au cours de l’histoire de l’univers. « Ce que vous obtenez, c’est une idée de l’âge de la structure que vous regardez. »

Cataloguer les étoiles de cette manière a montré aux chercheurs que les capacités de production d’étoiles de WLM fluctuaient au fil du temps. Les observations de l’équipe, qui confirment les évaluations antérieures réalisées par des scientifiques utilisant le Le télescope spatial Hubble, montrent que la galaxie a produit des étoiles au début de l’histoire de l’univers sur une période de 3 milliards d’années. Il s’est arrêté un moment, puis s’est rallumé.

McQuinn a déclaré qu’elle pensait que la pause était causée par des conditions spécifiques au début de l’univers.

« L’univers à l’époque était vraiment chaud », a-t-elle déclaré. « Nous pensons que la température de l’univers a fini par réchauffer le gaz dans cette galaxie et a en quelque sorte désactivé la formation d’étoiles pendant un certain temps. La période de refroidissement a duré quelques milliards d’années, puis la formation d’étoiles a repris. »

La recherche fait partie de NASALe programme de libération anticipée de Webb, dans le cadre duquel des scientifiques désignés travaillent avec le Space Telescope Science Institute et mènent des recherches conçues pour mettre en valeur les capacités de Webb et aider les astronomes à se préparer aux observations futures.

La NASA a lancé le télescope Webb en décembre 2021. L’instrument à grand miroir tourne autour du soleil à un million de kilomètres de la Terre. Les scientifiques rivalisent de temps sur le télescope pour étudier une multitude de sujets, notamment les conditions des premiers univers, l’histoire du système solaire et la recherche d’exoplanètes.

« De nombreuses données scientifiques qui n’ont pas encore été réalisées grâce à ce programme vont découler de ce programme », a déclaré McQuinn.

Parmi les autres chercheurs de Rutgers participant à l’étude figuraient Max Newman, doctorant, et Roger Cohen, associé postdoctoral, tous deux au Département de physique et d’astronomie de la Rutgers School of Arts and Sciences.

D’autres scientifiques impliqués dans l’étude proviennent d’institutions telles que : l’Université de Californie à Berkeley ; Technologies Raytheon ; l’Université de l’Arizona ; le Université de Washington; le Space Telescope Science Institute de Baltimore, Maryland ; Instituto Nazionale di Astrofisica Osservatorio Astronomico à Rome, Italie ; le Centre de données scientifiques spatiales, Rome, Italie ; Université de Tasmanie, Australie ; Université de Yale; Université Johns Hopkins ; l’Université de Virginie ; l’Université de Californie à San Diego ; l’Université du Minnesota ; l’Université du Maryland ; l’Université du Texas-Austin ; et l’Observatoire astronomique de Padoue, Padoue, Italie.