Le télescope spatial Webb réécrit les règles de l'évolution galactique

Les observations avancées du JWST indiquent que les premières galaxies ont mûri plus rapidement et étaient moins chaotiques, remettant en question les théories précédentes sur l'évolution des galaxies.

De nouvelles recherches ont révélé que les premières galaxies de l’Univers étaient moins turbulentes et se sont développées plus rapidement qu’on ne le pensait auparavant. Cette recherche, dirigée par une équipe internationale de l'Université de Durham, a utilisé le Télescope spatial James Webb (JWST) pour trouver des preuves de la formation de barres alors que l'Univers n'avait que quelques milliards d'années.

Ces résultats ont été publiés dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Vue d'artiste montrant la structure de la Voie Lactée. La barre est la structure allongée jaunâtre traversant le centre de la galaxie. Crédit : NASA/JPL-Caltech/R. Blessé (SSC/Caltech)

Aperçus du télescope spatial James Webb

Les barres sont des bandes allongées d'étoiles trouvées dans des galaxies à disques ou spirales comme la nôtre. voie Lactée. À mesure que les barres se développent, elles régulent la formation d’étoiles au sein d’une galaxie, poussant le gaz vers la région centrale de la galaxie. Leur présence indique aux scientifiques que les galaxies sont entrées dans une phase stable et mature.

Des études antérieures utilisant le Le télescope spatial Hubble identifié des galaxies formant des barres il y a huit ou neuf milliards d'années. Cependant, la sensibilité améliorée du JWST et sa gamme de longueurs d'onde plus large ont permis aux astronomes de détecter ces phénomènes encore plus loin dans le temps.

Une image en niveaux de gris de la galaxie EGS_31125 il y a 10,6 milliards d'années, visuellement classée comme fortement barrée (délimitée dans l'image centrale par une épaisse ligne violette continue avec les bras spiraux représentés par de légères lignes violettes). De gauche à droite : le télescope spatial Hubble WFC3 F160W et le télescope spatial James Webb NIRCam F356W et F444W. Cette comparaison de filtres démontre les effets de la fonction d'étalement des points (PSF), de la sensibilité et de la plage de longueurs d'onde sur une image de galaxie, en particulier dans le contexte des barres. Crédit : Zoé Le Conte

« Les galaxies du début de l’Univers mûrissent beaucoup plus rapidement que nous le pensions. C'est une véritable surprise car on pourrait s'attendre à ce que l'Univers à ce stade soit très turbulent avec beaucoup de collisions entre galaxies et beaucoup de gaz qui ne se sont pas encore transformés en étoiles », a expliqué l'auteur Zoé Le Conte, doctorante à l'Université de Californie du Sud. Centre d'astronomie extragalactique, Département de physique, Université de Durham.

« Cependant, grâce au télescope spatial James Webb, nous voyons beaucoup de ces barres beaucoup plus tôt dans la vie de l'Univers, ce qui signifie que les galaxies étaient à un stade plus avancé de leur évolution qu'on ne le pensait auparavant », ajoute-t-elle. Les chercheurs affirment que ces nouvelles preuves suggèrent que les théories sur l’évolution précoce des galaxies pourraient nécessiter des révisions significatives.

Une image en niveaux de gris de la galaxie EGS_31125 il y a 10,6 milliards d'années, vue par le télescope spatial Hubble. La barre de la galaxie n'est pas visible. Crédit : Zoé Le Conte

Méthodologie et résultats de recherche

Les chercheurs ont utilisé le JWST pour rechercher la formation de barres dans les galaxies telles qu’elles auraient été observées il y a 8 à 11,5 milliards d’années. L'Univers lui-même a 13,7 milliards d'années. Sur 368 galaxies à disques observées, les chercheurs ont constaté que près de 20 % avaient des barres, soit deux fois plus que celles observées par Hubble.

Le co-auteur, le Dr Dimitri Gadotti, du Centre d'Astronomie Extragalactique du Département de Physique de l'Université de Durham, a déclaré : « Nous avons découvert qu'il y avait beaucoup plus de barres dans l'Univers primitif que celles trouvées auparavant dans les études de Hubble, ce qui implique que la galaxie est dirigée par des barres. l’évolution se produit depuis bien plus longtemps qu’on ne le pensait auparavant.

Une image en niveaux de gris de la galaxie EGS_31125 il y a 10,6 milliards d'années, vue par le télescope spatial James Webb. La barre de la galaxie est visible (délimitée dans l'image centrale par une épaisse ligne violette continue avec les bras spiraux représentés par des lignes violettes pâles). Crédit : Zoé Le Conte

« Il faut maintenant scruter les simulations de l'Univers pour voir si nous obtenons les mêmes résultats que les observations que nous avons faites avec James Webb », ajoute Gadotti. «Nous devons penser au-delà de ce que nous pensions savoir.»

En remontant plus loin dans le temps, les chercheurs ont pu voir de moins en moins de galaxies formant des barres. Ils disent que cela pourrait être dû au fait que les galaxies situées à un stade encore plus précoce de l’Univers pourraient ne pas être aussi bien formées. Il n’existe actuellement aucun moyen de voir des barres d’étoiles plus courtes, qui sont moins faciles à repérer, même avec la puissance télescopique accrue offerte par le JWST.

Vue d'artiste du télescope spatial James Webb montrant son miroir principal pointant vers le cosmos. Crédit : TRW-Ball

Directions futures

Les chercheurs disent qu’ils veulent maintenant étudier encore plus de galaxies dans l’Univers primitif pour voir si elles ont également formé des barres. Ils espèrent éventuellement remonter plus loin dans le temps – 12,2 milliards d’années – pour observer la croissance des barres au fil du temps et quels sont les mécanismes à l’origine de cette croissance.

Le Centre d'astronomie extragalactique et le Centre d'instrumentation avancée de l'Université de Durham ont apporté des contributions significatives au développement du JWST. La dernière étude a également inclus des scientifiques de l'Institut de cosmologie informatique de l'Université de Durham, de l'Université de Victoria, au Canada ; Centre d'astrophysique Jodrell Bank – Université de Manchester, Royaume-Uni ; l'Observatoire européen austral ; le Département d'astronomie et des sciences atmosphériques, Université nationale de Kyungpook, République de Corée ; l'Institut Max Planck d'astronomie, Allemagne ; Université d'Aix Marseille, France. La recherche a été financée au Royaume-Uni par le UKRI-Science and Technology Facilities Council.