Une équipe internationale d’astronomes a annoncé aujourd’hui la découverte des deux galaxies les plus anciennes et les plus lointaines jamais observées, remontant à seulement 300 millions d’années après le Big Bang. Ces résultats, obtenus grâce au télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA, marquent une étape majeure dans l’étude de l’univers primitif.
Les découvertes ont été faites par l’équipe JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Daniel Eisenstein du Centre d’Astrophysique | Harvard & Smithsonian (CfA) est l’un des chefs d’équipe de JADES et chercheur principal du programme d’observation qui a révélé ces galaxies. Ben Johnson et Phillip Cargile, tous deux chercheurs scientifiques au CfA, et Zihao Wu, titulaire d’un doctorat à Harvard. étudiant au CfA, a également joué un rôle important.
En raison de l’expansion de l’univers, la lumière des galaxies lointaines s’étend vers des longueurs d’onde plus longues au fur et à mesure de son déplacement. Cet effet est si extrême pour ces deux galaxies que leur lumière ultraviolette est décalée vers les longueurs d’onde infrarouges où seul JWST peut la voir. Parce que la lumière met du temps à se déplacer, les galaxies plus lointaines sont également vues comme elles l’étaient plus tôt dans le temps.
Les deux galaxies record s’appellent 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.
« La taille de la galaxie prouve clairement que la majeure partie de la lumière est produite par un grand nombre de jeunes étoiles », a déclaré Eisenstein, professeur à Harvard et directeur du département d’astronomie, « plutôt que par des matériaux tombant sur un trou noir supermassif dans la galaxie. centre, qui semblerait beaucoup plus petit.
La combinaison de l’extrême luminosité et du fait que les jeunes étoiles alimentent cette luminosité élevée font de JADES-GS-z14-0 la preuve la plus frappante jamais trouvée de la formation rapide de grandes galaxies massives dans l’univers primitif.
« JADES-GS-z14-0 devient désormais l’archétype de ce phénomène », déclare le Dr Stefano Carniani de la Scuola Normale Superiore de Pise, auteur principal de l’étude. papier de découverte. « Il est stupéfiant que l’univers puisse créer une telle galaxie en seulement 300 millions d’années. »
Des preuves de l’existence de premières galaxies étonnamment vigoureuses sont apparues dès les premières images du JWST et se sont multipliées au cours des deux premières années de la mission. Cette tendance va à l’encontre des attentes de la plupart des astronomes avant le lancement du JWST sur les théories de la formation des galaxies.
JADES-GS-z14-0 était un casse-tête pour l’équipe JADES lorsqu’elle l’a repéré pour la première fois il y a plus d’un an, car il apparaît suffisamment proche dans le ciel d’une galaxie au premier plan pour que l’équipe ne puisse pas être sûre que les deux n’étaient pas voisins. Mais en octobre 2023, l’équipe JADES a réalisé des images encore plus approfondies – cinq jours complets avec la caméra proche infrarouge JWST sur un seul champ – et a utilisé des filtres conçus pour mieux isoler les premières galaxies.
« Nous ne voyions tout simplement aucun moyen plausible d’expliquer cette galaxie comme étant simplement une voisine d’une galaxie plus proche », explique le Dr Kevin Hainline, professeur-chercheur à l’Université de l’Arizona.
La galaxie est située dans un champ où l’instrument infrarouge moyen JWST a effectué une observation ultra-profonde. Sa luminosité aux longueurs d’onde infrarouges intermédiaires est un signe d’émission d’atomes d’hydrogène et même d’oxygène dans l’univers primitif.
« Même si elle est si jeune, la galaxie travaille déjà dur pour créer les éléments qui nous sont familiers sur Terre », a déclaré Zihao Wu, co-auteur d’une étude. deuxième article sur cette découverte, dirigée par Jakob Helton, étudiant diplômé à l’Université de l’Arizona.
Enhardie, l’équipe a ensuite obtenu un spectre de chaque galaxie et a confirmé ses espoirs que JADES-GS-z14-0 était effectivement une galaxie record et que le candidat le plus faible, JADES-GS-z14-1, était presque aussi loin. .
UN troisième article dirigé par Brant Robertson, professeur à l’Université de Californie à Santa Cruz, et Ben Johnson, étudie l’évolution de cette première population de galaxies.
« Cet objet étonnant montre que la formation des galaxies au début de l’univers est très rapide et intense », a déclaré Johnson, « et JWST nous permettra de trouver davantage de ces galaxies, peut-être lorsque l’univers était encore plus jeune. C’est une merveilleuse opportunité d’étudier comment les galaxies naissent.
Les trois articles sont actuellement disponibles sur le arXiv serveur de préimpression.
Plus d’information:
Une aube cosmique brillante : confirmation spectroscopique de deux galaxies lumineuses à z∼14, arXiv :2405.18485 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18485
Détection photométrique JWST/MIRI à 7,7 μm du continuum stellaire et émission nébulaire dans une galaxie à z>14, arXiv :2405.18462 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18462
Brant Robertson et al, Les premières galaxies dans le champ des origines de JADES : fonction de luminosité et densité du taux de formation d’étoiles cosmiques 300 Myr après le Big Bang, arXiv (2023). DOI : 10.48550/arxiv.2312.10033