Les chercheurs utilisant le télescope spatial James Webb ont fait des découvertes révolutionnaires dans la galaxie GN-z11, l’une des galaxies les plus lointaines et les plus lumineuses connues. Ils ont identifié un trou noir supermassif responsable de la luminosité de la galaxie et ont découvert un amas de gaz vierge qui pourrait conduire à la découverte des premières étoiles de l’univers, fournissant ainsi des informations significatives sur l’évolution cosmique. (Concept de l’artiste.) Crédit : Issues.fr.com
Tenant sa promesse de transformer notre compréhension de l’univers primitif, le Télescope spatial James Webb sonde les galaxies vers la nuit des temps. L’une d’elles est la galaxie exceptionnellement lumineuse GN-z11, qui existait lorsque l’univers n’avait qu’une infime fraction de son âge actuel. L’une des galaxies les plus jeunes et les plus lointaines jamais observées, elle est aussi l’une des plus énigmatiques. Pourquoi est-il si brillant ? Webb semble avoir trouvé la réponse.
Les scientifiques utilisant Webb pour étudier GN-z11 ont également découvert des preuves alléchantes de l’existence d’étoiles de la population III nichées à la périphérie de cette galaxie isolée. Ces étoiles insaisissables – les premières à éclairer l’univers – sont uniquement constituées d’hydrogène et d’hélium. Aucune détection définitive de telles étoiles n’a jamais été faite, mais les scientifiques savent qu’elles doivent exister. Aujourd’hui, avec Webb, leur découverte semble plus proche que jamais.
Cette image de l’instrument NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb montre une partie du champ de galaxies GOODS-North. En bas à droite, un extrait met en évidence la galaxie GN-z11, observée seulement 430 millions d’années après le big bang. L’image révèle une composante étendue, traçant la galaxie hôte GN-z11, et une source centrale dont les couleurs sont cohérentes avec celles d’un disque d’accrétion entourant un trou noir. Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (Université de l’Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)
Webb dévoile les secrets de l’une des galaxies les plus lointaines jamais vues
Regardant en profondeur l’espace et le temps, deux équipes utilisant NASALe télescope spatial James Webb de a étudié la galaxie exceptionnellement lumineuse GN-z11, qui existait lorsque notre univers vieux de 13,8 milliards d’années n’avait qu’environ 430 millions d’années.
Détectée initialement par le télescope spatial Hubble de la NASA, cette galaxie – l’une des plus jeunes et des plus lointaines jamais observées – est si brillante qu’il est difficile pour les scientifiques de comprendre pourquoi. Désormais, le GN-z11 livre certains de ses secrets.
Un trou noir vigoureux est le plus éloigné jamais découvert
Une équipe étudiant GN-z11 avec Webb a trouvé la première preuve claire que la galaxie héberge un noyau supermassif central. trou noir cela accumule rapidement de la matière. Leur découverte en fait le trou noir supermassif actif le plus éloigné repéré à ce jour.
« Nous avons découvert un gaz extrêmement dense, courant à proximité des trous noirs supermassifs, qui accumule du gaz », a expliqué le chercheur principal Roberto Maiolino du laboratoire Cavendish et de l’Institut Kavli de cosmologie de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni. « Ce sont les premières signatures claires indiquant que GN-z11 héberge un trou noir qui engloutit de la matière. »
En utilisant Webb, l’équipe a également trouvé des indications d’éléments chimiques ionisés généralement observés à proximité de trous noirs supermassifs en accrétion. De plus, ils ont découvert un vent très puissant expulsé par la galaxie. De tels vents à grande vitesse sont généralement provoqués par des processus associés à une accrétion vigoureuse de trous noirs supermassifs.
« La NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb a révélé un composant étendu, traçant la galaxie hôte, et une source centrale compacte dont les couleurs sont cohérentes avec celles d’un disque d’accrétion entourant un trou noir », a déclaré l’investigatrice Hannah Übler, également de l’étude. Laboratoire Cavendish et Institut Kavli.
Ensemble, ces preuves montrent que GN-z11 héberge un trou noir supermassif de 2 millions de masse solaire dans une phase très active de consommation de matière, c’est pourquoi il est si lumineux.
Un amas de gaz vierge dans Halo du GN-z11 intrigue les chercheurs
Une deuxième équipe, également dirigée par Maiolino, a utilisé le NIRSpec (spectrographe proche infrarouge) de Webb pour trouver un amas gazeux d’hélium dans le halo entourant GN-z11.
« Le fait que nous ne voyons rien d’autre que l’hélium suggère que cet amas doit être relativement intact », a déclaré Maiolino. « C’est quelque chose auquel s’attendaient la théorie et les simulations à proximité de galaxies particulièrement massives de ces époques : il devrait y avoir des poches de gaz vierge survivant dans le halo, et celles-ci pourraient s’effondrer et former des amas d’étoiles de population III. »
La découverte des étoiles inédites de la population III – la première génération d’étoiles formées presque entièrement d’hydrogène et d’hélium – est l’un des objectifs les plus importants de l’astrophysique moderne. Ces étoiles devraient être très massives, très lumineuses et très chaudes. Leur signature attendue est la présence d’hélium ionisé et l’absence d’éléments chimiques plus lourds que l’hélium.
La formation des premières étoiles et galaxies marque un changement fondamental dans l’histoire cosmique, au cours duquel l’univers a évolué d’un état sombre et relativement simple à l’environnement hautement structuré et complexe que nous connaissons aujourd’hui.
Dans les futures observations de Webb, Maiolino, Übler et leur équipe exploreront GN-z11 plus en profondeur et espèrent renforcer les arguments en faveur des étoiles de population III qui pourraient se former dans son halo.
La recherche sur l’amas de gaz vierge dans le halo de GN-z11 a été acceptée pour publication par Astronomie et astrophysique. Les résultats de l’étude du trou noir GN-z11 ont été publiés dans la revue Nature le 17 janvier 2024. Les données ont été obtenues dans le cadre du JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), un projet conjoint des équipes NIRCam et NIRSpec.
Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire scientifique spatial au monde. Webb résout les mystères de notre système solaire, regarde au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et sonde les structures et origines mystérieuses de notre univers et la place que nous y occupons. Webb est un programme international mené par la NASA avec ses partenaires, l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’Agence spatiale canadienne.
