En regardant de plus en plus dans le temps, le télescope spatial James Webb révèle enfin les premières galaxies – et un jeune cosmos très étrange
Plusieurs millions d'années après le Big Bang, un point de lumière est apparu dans un univers sombre. Cette première étoile a commencé à faire exploser le rayonnement, qui a fait éliminer les électrons du brouillard environnant de l'hydrogène. Plus d'étoiles se sont formées, transformant presque tous les atomes d'hydrogène neutres opaques en un bouillon transparent d'hydrogène ionisé, afin que la lumière puisse voyager librement à travers le cosmos en expansion. C'était la fin des âges cosmiques et du début de la formation de la galaxie.
Ces premières étoiles et les galaxies qu'ils ont formées étaient très différentes de tout ce que nous voyons dans l'univers moderne. D'une part, ils ont été fabriqués presque entièrement d'hydrogène et d'hélium, avec des traces de lithium, car aucun éléments plus lourds n'existait encore. «La chimie que nous voyons ne peut être faite qu'en stars», explique Richard Ellis à l'University College de Londres.
Jusqu'en 2022, la plus ancienne galaxie connue était celle appelée GN-Z11, qui a formé environ 400 millions d'années après le Big Bang. Nous le savons à cause d'une propriété appelée Redshift: l'expansion de l'univers signifie que plus un objet est distant, plus il s'éloigne rapidement de nous, et plus ce mouvement est rapide, plus sa lumière devient rouge. La lumière prend du temps pour voyager, donc plus un objet est distant – et plus son décalage vers le rouge est élevé – plus nous le voyons dans l'histoire de l'univers. GN-Z11 a un décalage vers le rouge d'environ 11.
Cependant, grâce au télescope spatial James Webb (JWST), nous savons maintenant qu'il existe des galaxies beaucoup plus anciennes que GN-Z11. JWST est plus grand et plus sensible que tout télescope qui s'est précédé, il a donc considérablement amélioré notre point de vue dans le début de l'univers depuis son lancement en 2021. Ce look plus profond a montré une abondance inattendue de grandes galaxies au cours des premiers milliards d'années après le Big Bang. .
Nous ne pouvons pas encore voir les toutes premières galaxies directement, et nous ne pourrons peut-être jamais le faire, mais JWST se rapproche de plus en plus. La première galaxie avec une distance confirmée a un décalage vers le rouge d'environ 14, ce qui le plaçant environ 290 millions d'années après le Big Bang. Il s'est probablement formé au moins 100 millions d'années plus tôt, cependant, explique Kevin Hainline à l'Université de l'Arizona. «Il y a trois ans, j'aurais dit que les premières galaxies se formaient à un décalage vers le rouge de 15 à 20, et maintenant je dirais 20 à 30», explique Garth Illingworth à l'Université de Californie à Santa Cruz. Un décalage vers le rouge de 30 indique la formation environ 100 millions d'années après le Big Bang. «Il est clair que les choses se sont produites plus rapidement que ce à quoi nous nous attendions», dit-il.
Télescope spatial James Webb
Nous ne savons pas tout à fait pourquoi, mais les conditions dans l'univers précoce – relativement denses, sans anciennes étoiles ni éléments lourds – auraient pu permettre aux galaxies de se former plus rapidement qu'eux dans le cosmos moderne. «Les observations JWST modifient les fondements de la façon dont les galaxies se forment», explique Illingworth.
Cela pourrait nous forcer à repenser le développement de l'univers précoce et comment la matière s'est comportée. «Nous pouvons utiliser ces galaxies pour tester nos idées sur le fonctionnement de l'univers», explique Marcel Neeleman à l'Observatoire national de la radio-astronomie américaine en Virginie.
Donc, trouver les premières galaxies et déterminer comment ils se sont formés nous donne un aperçu de l'état du premier bref Cosmos, mais ce n'est pas tout. Ces galaxies ont accueilli les étoiles qui ont forgé les éléments chimiques qui composent la vie telle que nous la connaissons et, en fait, même notre propre corps. «Quand nous regardons ces premières galaxies», dit Hainline, «c'est un lien direct avec qui nous sommes et d'où nous venons.»
