Le JWST l'a recommencé. Le puissant télescope spatial n'a déjà révélé la présence de galaxies brillantes que plusieurs centaines de millions d'années après le Big Bang. Maintenant, il est ressenti par une galaxie que 280 millions d'années après le Big Bang, la galaxie la plus éloignée jamais détectée.
Avant le JWST, nous n'avions pas de télescopes infrarouges avec des miroirs suffisamment grands pour détecter la lumière des premières galaxies. Le Hubble peut voir une lumière proche infrarouge, mais n'a qu'un miroir de 2,4 mètres. Il n'a trouvé qu'une seule galaxie des 500 millions d'années de l'univers. Le télescope spatial Spitzer était un télescope infrarouge dédié, mais il n'avait qu'un miroir de 85 cm. Non seulement le JWST a un miroir beaucoup plus grand, mais la technologie du détecteur a tellement avancé que le voile obscurcit l'univers précoce est levé une ancienne galaxie à la fois.
L'un des principaux thèmes scientifiques du JWST est l'assemblage des galaxies. Nous devons voir les premières galaxies de l'univers pour comprendre comment elles se forment et évoluent. Dans les semaines suivant les observations débutantes, le télescope a trouvé une abondance de galaxies brillantes à des décalages vers le rouge supérieur à Z = 10. « Cette population inattendue a électrifié la communauté et soulevé des questions fondamentales sur la formation des galaxies dans les premiers ≈ 500 myrs », écrivent les auteurs d'un nouvel article.
Le JWST a toujours repoussé notre horizon d'observation, et cette dernière détection montre qu'elle n'a peut-être pas encore atteint sa limite.
La galaxie nouvellement découverte est nommée MOM-Z14, et elle provient de l'enquête Mirage ou Miracle. Cette enquête spectroscopique est conçue pour confirmer les galaxies des candidats à haut débit rouge, et Z14 fait référence au décalage vers le rouge de la galaxie. Cette constatation est surprenante car les astronomes s'attendaient à trouver très peu de galaxies à un décalage vers le rouge aussi élevé.
La découverte est présentée dans un nouvel article intitulé « Un miracle cosmique: une galaxie remarquablement lumineuse à Zspécifier = 14,44 confirmés avec JWST. « L'auteur principal est Rohan Naidu de l'Institut du MIT Kavli pour la recherche sur l'astrophysique et l'espace. Le document a été soumis à la Journal ouvert de l'astrophysique et est disponible sur le arxiv serveur de préimprimée.
« JWST a révélé une population étonnante de galaxies brillantes à des époques étonnamment précoces, Z> 10, où peu de sources de ce type étaient attendues », écrivent les auteurs. À un décalage vers le rouge de Z = 14,4, cette galaxie « élargit la frontière d'observation à seulement 280 millions d'années après le Big Bang ». Ils soulignent que le JWST a trouvé des galaxies beaucoup plus brillantes entre Z = 14 et 15 que le consensus n'a montré avant son lancement.
Cette étude n'est pas seulement une autre curiosité. L'examen spectroscopique a révélé des résultats intéressants liés au thème de l'assemblage des galaxies de JWST.
Les observations montrent que la majeure partie de la lumière de la galaxie provient des étoiles, pas un noyau galactique actif (AGN). Les AGN sont les noyaux brillants des galaxies propulsées par des trous noirs supermassifs accrétant la matière. Mom-Z14 héberge donc probablement des étoiles supermassives lumineuses, quelque chose que la théorie prédisait sur l'univers précoce.
Le rapport azote / carbone de la galaxie est plus élevé que celui observé au soleil. Sa composition chimique ressemble à d'anciens grappes globulaires attachées à la voie lactée. Cela signifie que les étoiles de la galaxie et celles des grappes globulaires se sont formées dans des environnements similaires avec une nucléosynthèse similaire et une pollution de métallicité des étoiles précédentes.
« Étant donné que ce schéma d'abondance est également courant parmi les étoiles les plus anciennes nées dans la Voie lactée, nous pouvons être directement témoins de la formation de ces étoiles en grappes denses, reliant l'évolution de la galaxie à travers tout le balayage du temps cosmique », écrivent les auteurs.
Il semble y avoir deux morphologies pour ces anciennes galaxies brillantes: la source ponctuelle et étendue. La relation entre leurs morphologies et leur chimie est un autre lien potentiel dans l'évolution de la galaxie. « En outre, comme l'a remarqué Harikane et al (2024b), ces différences morphologiques se reflètent dans les modèles d'abondance chimique, signalant un lien plus profond entre la morphologie et les voies évolutives », écrivent les auteurs.
Comme le JWST a trouvé des galaxies brillantes plus anciennes, une classe d'objets qui sont de puissants émetteurs d'azote sont devenus apparents, y compris des petits points rouges lumineux. MOM-Z14 pourrait être parmi les objets les plus améliorés par l'azote que le JWST ait jamais trouvés. « Il ajoute des preuves supplémentaires d'une bimodalité taille-chimie à Z> 10, dans laquelle les sources étendues ont tendance à être faibles en azote tandis que les sources compactes sont de fortes émetteurs », expliquent les auteurs.
La communauté des sciences spatiales a attendu longtemps pour le JWST et sa capacité à observer le début de l'univers. Bien que certaines de ses résultats aient été surprenants, cette étude montre comment les astronomes trouvent des liens entre les surprises révélées dans l'univers précoce et l'univers moderne.
« Nous interprétons Mom-Z14 et N-Emitters à travers l'archéologie galactique, reliant leurs modèles d'abondance aux étoiles les plus anciennes nées dans la Voie lactée en z ≳ 4 ainsi qu'aux grappes globulaires », écrivent les auteurs dans leur conclusion. « L'enhancement N, la luminosité, les spectres ionisants durs, la densité stellaire, la morphologie, la dépendance au décalage vers le rouge et la fraction de trou noirs de ces sources peuvent être liés à des environnements globulaires de type grappe dans lesquels les collisions de fuite peuvent produire des objets extraordinaires tels que des étoiles supermassives. »
S'il survit aux menaces d'annulation répétées, le télescope spatial romain devrait révéler des centaines d'autres de ces types de galaxies. Un ensemble de données plus large est toujours souhaitable et aiderait à consolider certaines de ces résultats, ou peut-être à introduire de nouveaux mystères. Quoi qu'il en soit, ce sera un progrès. Mais pour l'instant, le télescope spatial James Webb mérite les projecteurs de cette découverte.
« JWST lui-même semble sur le point de conduire une série de grandes extensions de la frontière cosmique, auparavant inimaginables, approchant l'ère des toutes premières étoiles, ne semble plus loin », concluent les chercheurs.
