De nouvelles images du télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA révèlent pour la première fois des galaxies avec des barres stellaires – des caractéristiques allongées d’étoiles s’étendant du centre des galaxies à leurs disques externes – à une époque où l’univers ne représentait que 25% de son présent âge. La découverte de galaxies dites barrées, semblables à notre Voie lactée, si tôt dans l’univers obligera les astrophysiciens à affiner leurs théories sur l’évolution des galaxies.
Avant JWST, les images du télescope spatial Hubble n’avaient jamais détecté de barres à des époques aussi jeunes. Dans une image Hubble, une galaxie, EGS-23205, n’est guère plus qu’une tache en forme de disque, mais dans l’image JWST correspondante prise l’été dernier, c’est une belle galaxie spirale avec une barre stellaire claire.
« J’ai jeté un coup d’œil à ces données et j’ai dit : ‘Nous abandonnons tout le reste !' », a déclaré Shardha Jogee, professeur d’astronomie à l’Université du Texas à Austin. « Les barres à peine visibles dans les données de Hubble viennent d’apparaître dans l’image JWST, montrant l’énorme pouvoir de JWST pour voir la structure sous-jacente des galaxies », a-t-elle déclaré, décrivant les données de l’enquête Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), dirigée par Steven Finkelstein, professeur à l’UT Austin.
L’équipe a identifié une autre galaxie barrée, EGS-24268, également d’il y a environ 11 milliards d’années, ce qui fait que deux galaxies barrées existent plus loin dans le temps que toutes celles découvertes précédemment.
Dans un article accepté pour publication dans Les lettres du journal astrophysiqueils mettent en évidence ces deux galaxies et montrent des exemples de quatre autres galaxies barrées d’il y a plus de 8 milliards d’années.
Cette simulation montre à la fois comment les barres stellaires se forment (à gauche) et les entrées de gaz entraînées par les barres (à droite). Les barres stellaires jouent un rôle important dans l’évolution de la galaxie en canalisant le gaz dans les régions centrales d’une galaxie, où il est rapidement converti en nouvelles étoiles, à un rythme généralement 10 à 100 fois plus rapide que le rythme dans le reste de la galaxie. Les barres contribuent également indirectement à la croissance de trous noirs supermassifs au centre des galaxies en canalisant une partie du gaz. Crédit : Françoise Combes, Observatoire de Paris
« Pour cette étude, nous examinons un nouveau régime où personne n’avait utilisé ce type de données ou effectué ce type d’analyse quantitative auparavant », a déclaré Yuchen « Kay » Guo, un étudiant diplômé qui a dirigé l’analyse, « donc tout est nouveau. C’est comme entrer dans une forêt dans laquelle personne n’est jamais allé.
Les barres jouent un rôle important dans l’évolution des galaxies en canalisant le gaz dans les régions centrales, stimulant la formation d’étoiles.
« Les barres résolvent le problème de la chaîne d’approvisionnement dans les galaxies », a déclaré Jogee. « Tout comme nous devons amener la matière première du port aux usines intérieures qui fabriquent de nouveaux produits, un bar transporte puissamment le gaz dans la région centrale où le gaz est rapidement converti en nouvelles étoiles à un rythme généralement 10 à 100 fois plus rapide que dans le reste de la galaxie. »
Les barres contribuent également à la croissance de trous noirs supermassifs au centre des galaxies en canalisant le gaz en partie.
La découverte de barres au cours de ces premières époques bouleverse les scénarios d’évolution des galaxies de plusieurs manières.
« Cette découverte des premières barres signifie que les modèles d’évolution des galaxies ont désormais une nouvelle voie via les barres pour accélérer la production de nouvelles étoiles aux premières époques », a déclaré Jogee.
Et l’existence même de ces premières barres défie les modèles théoriques car ils doivent obtenir la bonne physique de la galaxie afin de prédire l’abondance correcte des barres. L’équipe testera différents modèles dans ses prochains articles.
JWST peut dévoiler des structures dans des galaxies lointaines mieux que Hubble pour deux raisons : premièrement, son miroir plus grand lui donne une plus grande capacité de collecte de lumière, lui permettant de voir plus loin et avec une résolution plus élevée. Deuxièmement, il peut mieux voir à travers la poussière car il observe à des longueurs d’onde infrarouges plus longues que Hubble.
Les étudiants de premier cycle Eden Wise et Zilei Chen ont joué un rôle clé dans la recherche en examinant visuellement des centaines de galaxies, en recherchant celles qui semblaient avoir des barres, ce qui a permis de réduire la liste à quelques dizaines pour que les autres chercheurs puissent les analyser avec une approche mathématique plus intensive. approcher.
Plus d’information:
Yuchen Guo et al, premier regard sur z > 1 barres dans le proche infrarouge du cadre de repos avec JWST Early CEERS Imaging, arXiv (2022). DOI : 10.48550/arxiv.2210.08658