Les astrophysiciens utilisant le télescope spatial James Webb de la NASA ont découvert que les galaxies adolescentes, émergeant dans les 2 à 3 milliards d’années suivant le Big Bang, présentent des températures élevées et des éléments inattendus comme le nickel. Cette recherche, qui fait partie de l’enquête CECILIA, fournit de nouvelles informations sur les premiers stades du développement galactique.
JWST révèle de manière inattendue du nickel et de l’oxygène, qui sont généralement difficiles à observer.
Semblables aux adolescents humains, les galaxies adolescentes sont maladroites, connaissent des poussées de croissance et apprécient le heavy metal – le nickel bien sûr.
UN Université du nord-ouestL’équipe d’astrophysiciens dirigée par la NASA vient d’analyser les premiers résultats de l’enquête CECILIA (Chemical Evolution Constrained using Ionized Lines in Interstellar Aurorae), un programme qui utilise le télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA pour étudier la chimie des galaxies lointaines.
Éléments inattendus dans « Teenage Galaxies »
Selon les premiers résultats, les galaxies dites « adolescentes » – qui se sont formées deux à trois milliards d’années après le Big Bang – sont inhabituellement chaudes et contiennent des éléments inattendus, comme le nickel, qui sont notoirement difficiles à observer.
La recherche a été publiée le 20 novembre dans Le Lettres de journaux astrophysiques. Il s’agit de la première d’une série d’études à venir issues de l’enquête CECILIA.
Aperçu de l’évolution galactique
« Nous essayons de comprendre comment les galaxies se sont développées et ont changé au cours des 14 milliards d’années d’histoire cosmique », a déclaré Allison Strom de Northwestern, qui a dirigé l’étude. « Grâce au JWST, notre programme cible les galaxies adolescentes alors qu’elles traversaient une période difficile de poussées de croissance et de changement. Les adolescents vivent souvent des expériences qui déterminent leur trajectoire vers l’âge adulte. Pour les galaxies, c’est pareil.
La lumière de 23 galaxies lointaines, identifiées par des rectangles rouges sur l’image du télescope spatial Hubble en haut, a été combinée pour capturer les émissions incroyablement faibles de huit éléments différents, qui sont étiquetés dans le spectre JWST en bas. Bien que les scientifiques trouvent régulièrement ces éléments sur Sur Terre, les astronomes en observent rarement, voire jamais, dans des galaxies lointaines. Crédit : Aaron M. Geller, Northwestern, CIERA + IT-RCDS
L’un des principaux chercheurs de l’enquête CECILIA, Strom est professeur adjoint de physique et d’astronomie au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et membre du Centre d’exploration et de recherche interdisciplinaires en astrophysique (CIERA) de Northwestern. Strom codirige l’enquête CECILIA avec Gwen Rudie, scientifique aux observatoires Carnegie.
Aperçu de « l’ADN chimique » sur la formation des galaxies
Nommé en l’honneur de Cecilia Payne-Gaposchkin, l’une des premières femmes à obtenir un doctorat. en astronomie, l’enquête CECILIA observe les spectres (ou la quantité de lumière sur différentes longueurs d’onde) de galaxies lointaines. Strom compare le spectre d’une galaxie à son « ADN.» En examinant cet ADN au cours des années « adolescentes » d’une galaxie, les chercheurs peuvent mieux comprendre comment il s’est développé et comment il évoluera vers une galaxie plus mature.
Par exemple, les astrophysiciens ne comprennent toujours pas pourquoi certaines galaxies apparaissent « rouges et mortes » alors que d’autres, comme la nôtre, voie Lactée, forment encore des étoiles. Le spectre d’une galaxie peut révéler ses éléments clés, tels que l’oxygène et le soufre, qui offrent une fenêtre sur ce qu’une galaxie faisait auparavant et sur ce qu’elle pourrait faire à l’avenir.
« Ces années d’adolescence sont vraiment importantes parce que c’est à ce moment-là que se produit le plus de croissance », a déclaré Strom. « En étudiant cela, nous pouvons commencer à explorer la physique qui fait que la Voie Lactée ressemble à la Voie Lactée – et pourquoi elle pourrait être différente de ses galaxies voisines. »
Dans la nouvelle étude, Strom et ses collaborateurs ont utilisé le JWST pour observer 33 galaxies adolescentes lointaines pendant 30 heures continues l’été dernier. Ensuite, ils ont combiné les spectres de 23 de ces galaxies pour construire une image composite.
« Cela efface les détails des galaxies individuelles mais nous donne une meilleure idée d’une galaxie moyenne. Cela nous permet également de voir des caractéristiques plus faibles », a déclaré Strom. « C’est beaucoup plus profond et plus détaillé que n’importe quel spectre que nous pourrions collecter avec des télescopes au sol des galaxies de cette période de l’histoire de l’univers. »
Spectres Surprises
Le spectre ultra-profond a révélé huit éléments distincts : l’hydrogène, l’hélium, l’azote, l’oxygène, le silicium, le soufre, l’argon et le nickel. Tous les éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium se forment à l’intérieur des étoiles. Ainsi, la présence de certains éléments renseigne sur la formation des étoiles tout au long de l’évolution d’une galaxie.
Alors que Strom s’attendait à voir des éléments plus légers, elle a été particulièrement surprise par la présence de nickel. Plus lourd que le fer, le nickel est rare et incroyablement difficile à observer.
« Jamais dans mes rêves les plus fous je n’aurais imaginé que nous verrions du nickel », a déclaré Strom. « Même dans les galaxies proches, les gens ne l’observent pas. Il doit y avoir suffisamment d’éléments présents dans une galaxie et de bonnes conditions pour l’observer. Personne ne parle jamais d’observer le nickel. Les éléments doivent briller dans le gaz pour que nous puissions les voir. Donc, pour que nous puissions voir du nickel, il se peut que les étoiles des galaxies aient quelque chose d’unique. »
Autre surprise : les galaxies adolescentes étaient extrêmement chaudes. En examinant les spectres, les physiciens peuvent calculer la température d’une galaxie. Alors que les poches de galaxies les plus chaudes peuvent atteindre plus de 9 700 degrés Celsius (17 492 degrés Fahrenheit), les galaxies adolescentes enregistrent une température supérieure à 13 350 degrés Celsius (24 062 degrés Fahrenheit).
« Ce n’est qu’une preuve supplémentaire de la différence entre les galaxies lorsqu’elles étaient plus jeunes », a déclaré Strom. « En fin de compte, le fait que nous observions une température caractéristique plus élevée n’est qu’une autre manifestation de leur ADN chimique différent, car la température et la chimie du gaz dans les galaxies sont intrinsèquement liées. »
L’étude a été soutenue par NASA, la Fondation Pittsburgh et la Research Corporation for Scientific Advancement. Les données ont été obtenues à partir des archives Mikulski pour les télescopes spatiaux du Space Telescope Science Institute et de l’observatoire WM Keck.
