Webb révèle la préquelle du premier univers à un énorme amas de galaxies

Chaque géant était autrefois un bébé, même si vous ne les avez peut-être jamais vus à ce stade de leur développement. Le télescope spatial James Webb de la NASA a commencé à faire la lumière sur les années formatrices de l’histoire de l’univers qui ont jusqu’à présent été hors de portée : la formation et l’assemblage des galaxies.

Pour la première fois, un protoamas de sept galaxies a été confirmé à une distance que les astronomes appellent le redshift 7,9, soit à peine 650 millions d’années après le big bang. Sur la base des données collectées, les astronomes ont calculé le développement futur de l’amas naissant, constatant qu’il augmentera probablement en taille et en masse pour ressembler à l’amas Coma, un monstre de l’univers moderne.

« Il s’agit d’un site très spécial et unique d’évolution accélérée des galaxies, et Webb nous a donné la capacité sans précédent de mesurer les vitesses de ces sept galaxies et de confirmer en toute confiance qu’elles sont liées ensemble dans un protocluster », a déclaré Takahiro Morishita de l’Institut IPAC-California. of Technology, l’auteur principal de l’étude publiée dans le Lettres du journal astrophysique.

Les mesures précises capturées par le spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec) ont été essentielles pour confirmer la distance collective des galaxies et les vitesses élevées auxquelles elles se déplacent dans un halo de matière noire – plus de deux millions de miles par heure (environ mille kilomètres par seconde).

Les données spectrales ont permis aux astronomes de modéliser et de cartographier le développement futur du groupe de collecte, jusqu’à notre époque dans l’univers moderne. La prédiction selon laquelle le protoamas ressemblera éventuellement à l’amas de Coma signifie qu’il pourrait éventuellement figurer parmi les collections de galaxies les plus denses connues, avec des milliers de membres.

« Nous pouvons voir ces galaxies lointaines comme de petites gouttes d’eau dans différentes rivières, et nous pouvons voir qu’elles finiront toutes par faire partie d’un grand et puissant fleuve », a déclaré Benedetta Vulcani de l’Institut national d’astrophysique en Italie, un autre membre de l’équipe de recherche.

Les amas de galaxies sont les plus grandes concentrations de masse dans l’univers connu, ce qui peut considérablement déformer le tissu de l’espace-temps lui-même. Cette déformation, appelée lentille gravitationnelle, peut avoir un effet grossissant pour les objets au-delà de l’amas, permettant aux astronomes de regarder à travers l’amas comme une loupe géante. L’équipe de recherche a pu utiliser cet effet, en regardant à travers l’amas de Pandore pour voir le protoamas ; même les puissants instruments de Webb ont besoin d’une aide de la nature pour voir si loin.

Explorer comment de grands amas comme Pandora et Coma se sont réunis pour la première fois a été difficile, en raison de l’expansion de l’univers qui étend la lumière au-delà des longueurs d’onde visibles dans l’infrarouge, où les astronomes manquaient de données à haute résolution avant Webb. Les instruments infrarouges de Webb ont été développés spécifiquement pour combler ces lacunes au début de l’histoire de l’univers.

Les sept galaxies confirmées par Webb ont d’abord été établies comme candidates à l’observation à l’aide des données du programme Frontier Fields du télescope spatial Hubble. Le programme a consacré du temps Hubble aux observations utilisant la lentille gravitationnelle, pour observer en détail des galaxies très éloignées. Cependant, comme Hubble ne peut pas détecter la lumière au-delà du proche infrarouge, il n’y a que peu de détails qu’il peut voir. Webb a repris l’enquête, se concentrant sur les galaxies repérées par Hubble et rassemblant des données spectroscopiques détaillées en plus de l’imagerie.

L’équipe de recherche prévoit que la future collaboration entre Webb et le télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, une mission d’enquête à haute résolution et à champ large, donnera encore plus de résultats sur les premiers amas de galaxies. Avec 200 fois le champ de vision infrarouge de Hubble en un seul coup, Roman sera en mesure d’identifier davantage de candidats de galaxies protoamas, que Webb pourra suivre pour confirmer avec ses instruments spectroscopiques. La mission romaine est actuellement prévue pour un lancement d’ici mai 2027.

« C’est incroyable la science que nous pouvons maintenant rêver de faire, maintenant que nous avons Webb », a déclaré Tommaso Treu de l’Université de Californie à Los Angeles, membre de l’équipe de recherche du protocluster. « Avec ce petit protocluster de sept galaxies, à cette grande distance, nous avons eu un taux de confirmation spectroscopique de cent pour cent, démontrant le futur potentiel de cartographie de la matière noire et remplissant la chronologie du développement précoce de l’univers. »