Cette image infrarouge du télescope spatial James Webb de la NASA (également appelé Webb ou JWST) a été prise par la NIRCam (Near-Infrared Camera) pour le programme JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, ou JADES. Les données NIRCam ont été utilisées pour déterminer quelles galaxies étudier davantage avec des observations spectroscopiques. L'une de ces galaxies, JADES-GS-z14-0 (illustré dans l'extrait), a été déterminée comme étant à un redshift de 14,32 (+0,08/-0,20), ce qui en fait le détenteur actuel du record de la galaxie connue la plus éloignée. Cela correspond à une époque inférieure à 300 millions d’années après le Big Bang. Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)
Les astronomes utilisent NASAc'est Télescope spatial James Webb ont découvert les galaxies les plus anciennes et les plus lointaines connues, remontant à seulement 300 millions d'années après la Big Bangune étape majeure dans la compréhension des premiers stades de l'univers.
Une équipe internationale d'astronomes a annoncé la découverte des deux galaxies les plus anciennes et les plus lointaines encore confirmées, remontant à seulement 300 millions d'années après le Big Bang. Cette découverte importante, réalisée grâce au télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA, marque une étape majeure dans l'étude de l'univers primitif. Ces galaxies ont été découvertes par l'équipe JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), codirigée par l'astronome de l'UC Santa Cruz, Brant Robertson.
« Cette découverte est totalement inattendue et est susceptible d'être considérée comme la découverte extragalactique la plus importante avec JWST à ce jour », a déclaré Robertson, professeur d'astronomie et d'astrophysique qui siège au comité directeur de JADES. Il est l'auteur principal du premier de trois articles rapportant divers aspects de la découverte.
Dans un article, les auteurs concluent : « Cela démontre l’impact immédiat que les nouvelles observations JWST peuvent avoir sur notre connaissance de l’univers lointain. Avec des populations de galaxies à fort redshift désormais établies moins de 300 millions d’années après le Big Bang, nous avons étendu notre portée dans le passé cosmique de 40 % au cours des dix-huit premiers mois des opérations du JWST.
Le « redshift » fait référence à un effet provoqué par l’expansion de l’univers, où la longueur d’onde de la lumière provenant de galaxies lointaines s’étend au fur et à mesure de son voyage. Dans ces galaxies nouvellement découvertes, l’effet est extrême : il s’étend d’un facteur 15 et déplace même la lumière ultraviolette des galaxies vers des longueurs d’onde infrarouges où seul JWST a la capacité de la voir.
Les scientifiques ont utilisé le NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) du télescope spatial James Webb de la NASA pour obtenir un spectre de la galaxie lointaine JADES-GS-z14-0 afin de mesurer avec précision son redshift et ainsi déterminer son âge. Le redshift peut être déterminé à partir de l'emplacement d'une longueur d'onde critique connue sous le nom de cassure Lyman-alpha. Cette galaxie remonte à moins de 300 millions d’années après le Big Bang. Crédit : NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), S. Carniani (Scuola Normale Superiore), Collaboration JADES
À la poursuite des premières galaxies
La théorie moderne soutient que les galaxies se développent dans des régions spéciales où la gravité a concentré le gaz cosmique et la matière noire en amas denses appelés « halos ». Ces halos évoluent rapidement dans l'univers primitif, se fondant dans des collections de matière de plus en plus massives. Ce développement rapide explique pourquoi les astronomes sont si désireux de découvrir des galaxies encore plus anciennes : chaque petit incrément déplace nos yeux vers une période moins développée, où les galaxies les plus brillantes sont encore plus distinctives et inhabituelles.
Trouvées dans une région proche du champ ultra profond de Hubble, les deux galaxies nouvellement découvertes ont été confirmées spectroscopiquement. Conformément à la pratique de dénomination standard de la collaboration, les galaxies sont désormais connues sous les noms de JADES-GS-z14-0 et JADES-GS-z14-1, la première étant la plus éloignée des deux.
En plus d'être le nouveau détenteur du record de distance, JADES-GS-z14-0 est remarquable par sa taille et sa luminosité. JWST mesure la galaxie à plus de 1 600 années-lumière de diamètre. La plupart des galaxies les plus lumineuses produisent la majeure partie de leur lumière via un gaz tombant dans un espace supermassif. trou noir, produisant un quasar. Mais l'équipe affirme que la grande taille de JADES-GS-z14-0 signifie que la lumière doit être produite par de jeunes étoiles.
Des joyaux profondément cachés
Et pourtant, cette galaxie massive était un casse-tête pour l'équipe JADES lorsqu'elle l'a repérée pour la première fois il y a plus d'un an, car elle apparaît suffisamment proche dans le ciel d'une galaxie au premier plan pour qu'ils ne puissent pas être sûrs que les deux n'étaient pas voisines. Mais en octobre 2023, l’équipe JADES a réalisé une imagerie encore plus approfondie – cinq jours complets avec la caméra proche infrarouge JWST sur un seul champ – pour former le « champ JADES Origins ». Grâce à l'utilisation de filtres conçus pour mieux isoler les premières galaxies, la certitude s'est accrue que JADES-GS-z14-0 était effectivement très lointain.
De plus, la galaxie se trouvait dans une région où l’équipe avait réalisé une imagerie ultra-profonde avec l’instrument JWST Mid-InfraRed. Ces résultats d'imagerie combinés ont convaincu l'équipe d'inclure la galaxie dans ce qui devait être l'observation finale de JADES, une campagne de 75 heures visant à effectuer une spectroscopie sur les premières galaxies faibles. La spectroscopie a confirmé leurs espoirs selon lesquels JADES-GS-z14-0 était effectivement une galaxie record et que le candidat le plus faible, JADES-GS-z14-1, était presque aussi loin.
Une nouvelle ère dans l'exploration cosmique
La combinaison de la luminosité élevée et de l'origine stellaire fait de JADES-GS-z14-0 la preuve la plus distinctive à ce jour de la formation rapide de grandes galaxies massives dans l'univers primitif. « Nous aurions pu détecter cette galaxie même si elle était 10 fois plus faible, ce qui signifie que nous pourrions en voir d'autres exemples encore plus tôt dans l'univers, probablement au cours des 200 premiers millions d'années », a déclaré Robertson. « Cette galaxie est véritablement un joyau et elle révèle d'autres trésors cachés dans l'univers primitif. »
L'article de Robertson, « Earliest Galaxies in the JADES Origins Field: Luminosity Function and Cosmic Star-Formation Rate Density 300 Myr after the Big Bang », est accepté pour publication dans le Journal d'astrophysique.
Le télescope spatial James Webb est un programme international mené par la NASA avec ses partenaires, l'ESA (Agence spatiale européenne) et CSA (Agence spatiale canadienne).
