Les astronomes de l'Université de l'Arizona ont appris plus sur une galaxie étonnamment mature qui existait lorsque l'univers avait un peu moins de 300 millions d'années – juste 2% de son âge actuel.
Observé par le télescope spatial James Webb de la NASA, la galaxie – a désigné Jades-GS-Z14-0 – est inattendue et complexe chimiquement pour un objet de cette ère primordiale, ont déclaré les chercheurs. Cela donne un aperçu rare du premier chapitre de l'univers.
Les résultats, publiés dans la revue Astronomie naturelles'appuyer sur la découverte précédente des chercheurs, rapportée en 2024, de Jades-GS-Z14-0 comme la galaxie la plus éloignée jamais observée. Alors que la découverte initiale a établi la distance record de la galaxie et la luminosité inattendue, cette nouvelle recherche approfondit sa composition chimique et son état évolutif.
Les travaux ont été effectués dans le cadre de l'enquête extragalactique profonde avancée JWST, ou Jades, un grand programme de télescope spatial James Webb conçu pour étudier les galaxies éloignées.
Cela n'a pas simplement trébuché sur quelque chose d'inattendu, a déclaré Kevin Hainline, co-auteur de la nouvelle étude et professeur de recherche associé à l'U-Of A Steward Observatory. L'enquête a été délibérément conçue pour trouver des galaxies lointaines, mais celle-ci a battu les records de l'équipe d'une manière qu'ils ne s'attendaient pas – il était intrinsèquement brillant et avait une composition chimique complexe qui était totalement inattendue si tôt dans l'histoire de l'univers.
« Ce n'est pas seulement une petite pépite. Il est brillant et assez étendu pour l'âge de l'univers lorsque nous l'avons observé », a déclaré Hainline.
« Le fait que nous ayons trouvé cette galaxie dans une petite région du ciel signifie qu'il devrait y en avoir plus », a déclaré Jakob Helton, auteur de l'étude principale, chercheur diplômé de Steward Observator. « Si nous regardions le ciel entier, ce que nous ne pouvons pas faire avec JWST, nous finrions par trouver plus de ces objets extrêmes. »
L'équipe de recherche a utilisé plusieurs instruments à bord de JWST, y compris la caméra presque infrarouge, ou Nircam, dont la construction était dirigée par un professeur d'astronomie d'astronomie de l'U de l'UA. Un autre instrument sur le télescope – l'instrument infrarouge moyen (Miri), a révélé quelque chose d'extraordinaire: des quantités importantes d'oxygène.
En astronomie, tout ce qui est plus lourd que l'hélium est considéré comme un « métal », a déclaré Helton. Ces métaux nécessitent des générations d'étoiles à produire. L'univers précoce ne contenait que de l'hydrogène, de l'hélium et des traces de lithium. Mais la découverte d'oxygène substantiel dans la galaxie Jades-GS-Z14-0 suggère que la galaxie a formé des étoiles depuis 100 millions d'années avant son observation.
Pour faire de l'oxygène, la galaxie doit avoir commencé très tôt, car elle aurait dû former une génération de stars, a déclaré George Rieke, professeur d'astronomie et auteur principal de l'étude. Ces étoiles doivent avoir évolué et exploser sous forme de supernovae pour libérer de l'oxygène dans l'espace interstellaire, à partir de laquelle les nouvelles étoiles se formeraient et évolueraient.
« C'est un cycle très compliqué pour obtenir autant d'oxygène que cette galaxie. Donc, c'est vraiment ahurissant », a déclaré Rieke.
La découverte suggère que la formation d'étoiles a commencé encore plus tôt que les scientifiques ne le pensaient auparavant, ce qui repousse la chronologie lorsque les premières galaxies auraient pu se former après le Big Bang.
L'observation a nécessité environ neuf jours de temps de télescope, y compris 167 heures d'imagerie Nircam et 43 heures d'imagerie Miri, axée sur une partie incroyablement petite du ciel.
L'U des astronomes a eu de la chance que cette galaxie s'assement à l'endroit idéal pour qu'ils observent avec Miri. S'ils avaient pointé le télescope juste une fraction d'un degré dans n'importe quelle direction, ils auraient manqué d'obtenir ces données cruciales en milieu infrarouge, a déclaré Helton.
« Imaginez un grain de sable à la fin de votre bras. Vous voyez à quel point il est dans le ciel – c'est à quel point nous avons regardé », a déclaré Helton.
L'existence d'une galaxie aussi développée aussi tôt dans l'histoire cosmique sert de cas de test puissant pour les modèles théoriques de formation de la galaxie.
« Notre implication ici est un produit de l'U de la direction de l'astronomie infrarouge depuis le milieu des années 60, quand elle a commencé. Nous avons eu le premier grand groupe d'astronomie infrarouge dans le Lunar and Planetary Lab, avec Gerard Kuiper, Frank Low et Harold Johnson », a déclaré Rieke.
Alors que les humains acquièrent la capacité d'observer et de comprendre directement les galaxies qui existaient pendant l'enfance de l'univers, il peut fournir des informations cruciales sur la façon dont l'univers est passé des éléments simples à la chimie complexe nécessaire à la vie telle que nous la connaissons.
« Nous sommes dans une période incroyable de l'histoire de l'astronomie », a déclaré Hainline. « Nous sommes en mesure de comprendre des galaxies qui dépassent bien tout ce que les humains ont jamais trouvés et les voient de différentes manières et les comprendre vraiment. C'est vraiment magique. »
