Exemples de formes de galaxies lointaines identifiées par l’enquête CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) du télescope spatial James Webb. Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Micaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin)
Données de NASAc’est Télescope spatial James Webb suggère que de nombreuses galaxies anciennes étaient longues et minces, et non en forme de disque ou sphérique.
Des chercheurs de Columbia analysant des images du télescope spatial James Webb de la NASA ont découvert que les galaxies du premier univers sont souvent plates et allongées, comme des gressins, et rarement rondes, comme des boules de pâte à pizza.
« Environ 50 à 80 % des galaxies que nous avons étudiées semblent aplaties en deux dimensions », a expliqué Viraj Pandya, chercheur Hubble de la NASA à Université de Colombieet l’auteur principal d’un nouvel article qui devrait paraître dans Le Journal d’astrophysique qui présente les résultats. « Les galaxies qui ressemblent à de longs et minces gressins semblent être très courantes dans l’univers primitif, ce qui est surprenant, car elles sont rares parmi les galaxies de l’univers actuel. »
Aperçus du télescope Webb sur l’évolution cosmique
L’équipe s’est concentrée sur un vaste champ d’images proche infrarouge fournies par Webb, connues sous le nom d’enquête Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), retirant des galaxies dont on estime qu’elles existaient lorsque l’univers avait entre 600 millions et 6 milliards d’années.
Alors que la plupart des galaxies lointaines ressemblent à des gressins, d’autres ont la forme de tartes à pizza ou de boules de pâte à pizza. Les « boules de pâte à pizza », ou galaxies en forme de sphère, semblent être le type de galaxie le plus petit et ont également été les moins fréquemment identifiées. Les galaxies en forme de tarte à pizza se sont avérées aussi grandes que des galaxies en forme de gressin le long de leur axe le plus long. « Ils sont plus courants dans l’univers proche qui, en raison de son expansion continue, est composé de galaxies plus anciennes et plus matures. »
Notre galaxie, la Voie lactée, contient en son cœur un trou noir supermassif entouré d’un renflement central de vieilles étoiles jaunâtres. Au-delà se trouvent des bras spiraux bleuâtres remplis d’étoiles plus jeunes, d’étoiles nouvellement formées et de sombres bandes de poussière. Crédit : NASA et STScI
La forme passée de la Voie lactée et l’évolution des galaxies
Dans quelle catégorie notre voie Lactée dans laquelle tomberait la galaxie si nous pouvions remonter le temps de milliards d’années ? « Notre meilleure hypothèse est qu’il aurait pu ressembler davantage à un gressin », a déclaré le co-auteur Haowen Zhang, doctorant à l’Université de l’Arizona à Tucson. Cette hypothèse repose en partie sur de nouvelles preuves fournies par Webb : les théoriciens ont « remonté le temps » pour estimer la masse de la Voie lactée il y a des milliards d’années, ce qui suggère qu’elle aurait probablement eu la forme d’un gressin dans un passé lointain.
Ces galaxies lointaines sont également beaucoup moins massives que les galaxies spirales et elliptiques proches : elles sont les précurseurs de galaxies plus massives comme la nôtre. « Au début de l’univers, les galaxies avaient eu beaucoup moins de temps pour se développer », a déclaré Kartheik Iyer, co-auteur et NASA Hubble Fellow également à l’Université de Columbia. « L’identification de catégories supplémentaires pour les premières galaxies est passionnante : il y a beaucoup plus à analyser maintenant. Nous pouvons désormais étudier la relation entre la forme des galaxies et leur apparence et mieux projeter leur formation de manière beaucoup plus détaillée.
Images de ce que les chercheurs pensent être des galaxies allongées, ellipsoïdes (c’est-à-dire en forme de gressin), capturées avec le télescope spatial James Webb. Le mot « croire » reflète le fait que certaines galaxies peuvent être des galaxies en forme de disque (c’est-à-dire une tarte à pizza) vues de côté. Crédit : Viraj Pandya et al.
Hubble et Webb : une vision collaborative du cosmos
Hubble, le télescope spatial lancé en 1990 et qui collecte des données jusqu’à ce jour, « montre depuis longtemps un excès de galaxies allongées », a expliqué le co-auteur Marc Huertas-Company, chercheur à l’Institut d’astrophysique des îles Canaries. Mais les chercheurs se demandaient toujours : des détails supplémentaires apparaîtraient-ils mieux avec la sensibilité à la lumière infrarouge du télescope Webb, lancé en 2021 ? « Webb a confirmé que Hubble n’avait manqué aucune caractéristique supplémentaire dans les galaxies qu’ils ont tous deux observées. De plus, Webb nous a montré de nombreuses galaxies plus lointaines avec des formes similaires, le tout avec beaucoup de détails », a déclaré Huertas-Company.
Comprendre les formes des premières galaxies
Une question, bien sûr, est de savoir pourquoi les premières galaxies avaient tendance à être si aplaties et allongées. Une hypothèse, a expliqué Pandya, est que l’univers primitif aurait pu être rempli de filaments de matière noire qui formaient une sorte de « fond squelettique » ou « d’autoroute cosmique » qui transportait du gaz et des étoiles le long de lui. Ces filaments existent toujours, mais ils sont devenus beaucoup plus diffus à mesure que l’univers s’est étendu, ils sont donc peut-être moins susceptibles de favoriser la formation de galaxies en forme de gressin.
Lorsque les chercheurs ont tracé les proportions des galaxies par rapport à leur axe le plus long, ils ont découvert que les diagrammes ressemblaient clairement à des bananes. Crédit : Pandya et al.
« Les galaxies deviennent bananes » et recherches futures
L’article s’intitule « Galaxies Going Bananas », encore une autre analogie alimentaire qui est venue à l’esprit des auteurs en examinant leurs données. Lorsque les auteurs ont tracé les rapports d’aspect des galaxies par rapport à leur axe le plus long, ils ont constaté que les diagrammes qui en ressortaient ressemblaient distinctement à des bananes, une forme qui reflète leur forme allongée et ellipsoïde (c’est-à-dire un gressin). « Les bananes sont une autre façon de dire que ces galaxies intrinsèquement allongées semblent être les galaxies dominantes au cours des 4 premiers milliards d’années de l’univers », a déclaré Pandya.
Il existe encore des lacunes dans nos connaissances. Les chercheurs ont non seulement besoin d’un échantillon encore plus grand de Webb pour affiner davantage les propriétés et les emplacements précis des galaxies lointaines, mais ils devront également consacrer beaucoup de temps à peaufiner et à mettre à jour leurs modèles pour mieux refléter la géométrie précise des galaxies lointaines. « Ce sont les premiers résultats », a déclaré la co-auteure Elizabeth McGrath, professeure agrégée au Colby College de Waterville, dans le Maine. « Nous devons approfondir les données pour comprendre ce qui se passe, mais nous sommes très enthousiasmés par ces premières tendances. »
Pour en savoir plus sur cette étude, voir Le télescope Webb révèle que de nombreuses premières galaxies ressemblaient à des nouilles de piscine et à des planches de surf.
