Une équipe internationale d’astronomes a utilisé le télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA pour découvrir des amas d’étoiles liés gravitationnellement lorsque l’univers avait 460 millions d’années. Il s’agit de la première découverte d’amas d’étoiles dans une galaxie naissante moins de 500 millions d’années après le Big Bang.
Le travail est publié dans la revue Nature.
Les jeunes galaxies du début de l’Univers ont connu d’importantes phases d’éclatement de formation d’étoiles, générant des quantités substantielles de rayonnements ionisants. Cependant, en raison de leurs distances cosmologiques, les études directes de leur contenu stellaire se sont révélées difficiles. Grâce à Webb, une équipe internationale d’astronomes a détecté cinq jeunes amas d’étoiles massives dans l’arc des Cosmic Gems (SPT0615-JD1), une galaxie à forte lentille émettant de la lumière lorsque l’univers avait environ 460 millions d’années, couvrant 97 % de l’univers. temps cosmique.
L’arc Cosmic Gems a été initialement découvert dans les images du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA obtenues par le programme RELICS (Reionization Lensing Cluster Survey) de l’amas de galaxies à lentilles SPT-CL J0615−5746.
« On pense que ces galaxies sont la source principale du rayonnement intense qui a réionisé l’univers primitif », a déclaré l’auteur principal Angela Adamo de l’Université de Stockholm et du Centre Oskar Klein en Suède. « La particularité de l’arc Cosmic Gems est que grâce à la lentille gravitationnelle, nous pouvons réellement résoudre la galaxie à l’échelle du parsec. »
Pan de gemmes cosmiques (amas de galaxies SPT-CL J0615−5746). Crédit : ESA/Hubble/Webb
Avec Webb, l’équipe scientifique peut désormais voir où les étoiles se sont formées et comment elles sont distribuées, de la même manière que le télescope spatial Hubble est utilisé pour étudier les galaxies locales. Le point de vue de Webb offre une opportunité unique d’étudier la formation des étoiles et le fonctionnement interne des galaxies naissantes à une distance aussi sans précédent.
« L’incroyable sensibilité et la résolution angulaire de Webb dans les longueurs d’onde du proche infrarouge, combinées à la lentille gravitationnelle fournie par l’amas massif de galaxies au premier plan, ont permis cette découverte », a expliqué Larry Bradley du Space Telescope Science Institute et chercheur principal du programme d’observation Webb qui a capturé ces données. . « Aucun autre télescope n’aurait pu faire cette découverte. »
« La surprise et l’étonnement ont été incroyables lorsque nous avons ouvert les images Webb pour la première fois », a ajouté Adamo. « Nous avons vu une petite chaîne de points brillants, reflétés d’un côté à l’autre : ces joyaux cosmiques sont des amas d’étoiles. Sans Webb, nous n’aurions pas su que nous observions des amas d’étoiles dans une si jeune galaxie. »
Dans notre Voie Lactée, nous voyons d’anciens amas globulaires d’étoiles, liés par la gravité et qui ont survécu pendant des milliards d’années. Ce sont d’anciennes reliques d’une formation intense d’étoiles dans l’univers primitif, mais on ne sait pas bien où et quand ces amas se sont formés. La détection de jeunes amas massifs d’étoiles dans l’arc des Cosmic Gems nous offre une excellente vision des premières étapes d’un processus qui pourrait aboutir à la formation d’amas globulaires.
Les amas nouvellement détectés dans l’arc sont massifs, denses et situés dans une très petite région de leur galaxie, mais ils contribuent également à la majorité de la lumière ultraviolette provenant de leur galaxie hôte. Les amas sont nettement plus denses que les amas d’étoiles proches. Cette découverte aidera les scientifiques à mieux comprendre comment les galaxies naissantes ont formé leurs étoiles et où se sont formés les amas globulaires.
L’équipe note que cette découverte relie une variété de domaines scientifiques.
« Ces résultats fournissent des preuves directes indiquant que des amas protoglobulaires se sont formés dans des galaxies faibles au cours de l’ère de réionisation, ce qui contribue à notre compréhension de la façon dont ces galaxies ont réussi à réioniser l’univers », a expliqué Adamo.
« Cette découverte impose également des contraintes importantes sur la formation des amas globulaires et leurs propriétés initiales. Par exemple, les densités stellaires élevées trouvées dans les amas nous fournissent la première indication des processus qui se déroulent à l’intérieur de leurs intérieurs, donnant ainsi de nouvelles informations sur les possibles formation d’étoiles très massives et de graines de trous noirs, toutes deux importantes pour l’évolution des galaxies. »
À l’avenir, l’équipe espère constituer un échantillon de galaxies pour lesquelles des résolutions similaires pourront être obtenues.
« Je suis convaincu qu’il existe d’autres systèmes comme celui-ci qui attendent d’être découverts dans l’univers primitif, ce qui nous permettra d’approfondir notre compréhension des premières galaxies », a déclaré Eros Vanzella de l’INAF-Observatoire d’astrophysique et des sciences spatiales de Bologne (OAS), en Italie. l’un des principaux contributeurs à l’ouvrage.
En attendant, l’équipe se prépare à d’autres observations et spectroscopies avec Webb.
« Nous prévoyons d’étudier cette galaxie avec les instruments NIRSpec et MIRI de Webb au cours du cycle 3 », a ajouté Bradley. « Les observations NIRSpec nous permettront de confirmer le redshift de la galaxie et d’étudier l’émission ultraviolette des amas d’étoiles, qui serviront à étudier plus en détail leurs propriétés physiques. Les observations MIRI nous permettront d’étudier les propriétés des amas ionisés. gaz. Les observations spectroscopiques nous permettront également de cartographier spatialement le taux de formation des étoiles.
Plus d’information:
Angela Adamo et al, Amas d’étoiles liés observés dans une galaxie à lentilles 460 Myr après le Big Bang, Nature (2024). DOI : 10.1038/s41586-024-07703-7. www.nature.com/articles/s41586-024-07703-7