L'une des principales fonctions du télescope spatial James Webb est de trouver les premières galaxies, élargissant ainsi notre
Ces systèmes stellaires sont beaucoup plus éloignésque tous les objets précédemment observés dans l'univers. Les scientifiques écrivent sur les galaxies avec des décalages vers le rouge de 12 à 17. Mais il y a une ombre au tableau dans cette célébration du triomphe scientifique : certains chercheurs pensent que l'âge des objets peut être déformé et que les résultats nécessitent une vérification minutieuse.
Quelle galaxie est la plus éloignée ?
Avant le lancement du télescope spatial James Webb enpendant longtemps la galaxie confirmée la plus éloignée était GN-z11. Il a été découvert en 2016 à l'aide du télescope Hubble. Elle est environ 25 fois plus petite que la Voie lactée et représente environ 1 % de sa masse. Dans le même temps, la formation d'étoiles s'y est déroulée 20 fois plus activement.
GN-z11 est situé dans la constellation de la Grande Ourse,et les astrophysiciens estiment le redshift à 11,1. Cela signifie que nous l’observons tel qu’il était il y a 13,4 milliards d’années, soit seulement 400 ans après le Big Bang. À mesure que l’Univers s’étend continuellement, les galaxies de l’espace s’éloignent les unes des autres. Par conséquent, la distance appropriée jusqu'à GN-z11 est d'environ 32 milliards d'années-lumière.
Avant même le lancement du nouveau télescope au printemps 2022des astrophysiciens ont annoncé la découverte d'un candidat encore plus lointain, HD1. Il a été découvert à l'aide du télescope spatial Subaru et des observations d'observatoires au sol. D'après la spectroscopie, son décalage vers le rouge est de 13,27, ce qui correspond à une distance de 13,5 milliards d'années-lumière. Et la galaxie elle-même est maintenant à 33,4 milliards d'années-lumière de la Terre.
Une semaine seulement après la publication des premières donnéesAu télescope James Webb, des chercheurs du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ont annoncé la découverte de la galaxie GLASS-z13, qui est provisoirement décalée vers le rouge à 13. C'est environ 300 millions d'années après le Big Bang. Une semaine plus tard, un message a été reçu au sujet d'une galaxie avec un décalage vers le rouge de 14 et même de 16,7. Si cela est vrai, alors nous voyons ces galaxies telles qu'elles existaient environ 200 millions d'années après le Big Bang.
Certes, tous ces résultats sont préliminaires : jusqu'à présent aucune de ces valeurs de redshift n'a été confirmée. Pour établir les distances à ces galaxies, une analyse spectroscopique sera nécessaire.
Galaxy GN-z11 vu par le télescope spatial Hubble.Image : NASA, ESA, P. Oesch (Université de Yale), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Université de Yale) et G. Illingworth (Université de Californie, Santa Cruz)
Comment trouve-t-on de nouvelles galaxies ?
Dans leur travail, les scientifiques ont utilisé différentes méthodes.Par exemple, des astrophysiciens de l'Université du Missouri-Columbia ont utilisé l'effet de lentille gravitationnelle créé par l'amas de galaxies massif SMACS J0723. Un objet massif déforme le mouvement de la lumière, grossissant les objets distants, un peu comme une lentille de télescope optique normale. En utilisant cette méthode, les scientifiques ont trouvé 88 galaxies candidates avec un décalage vers le rouge d'au moins 11. Certaines d'entre elles, selon les chercheurs, pourraient avoir un décalage vers le rouge allant jusqu'à 20.
D'autres scientifiques ont analysé des images de diverszones du ciel où l'effet de lentille gravitationnelle n'a pas été utilisé. Ces images font partie de l'étude Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), qui consiste en des images de 10 régions différentes du ciel prises par la caméra proche infrarouge du télescope (NIRCam).
Pour confirmer l'âge réel des lointainsles objets nécessitent une analyse spectroscopique, qui divise la lumière de l'objet en un spectre. Pour ce faire, les scientifiques utiliseront le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) du télescope James Webb ainsi que l'instrument infrarouge moyen (MIRI) du télescope spatial.
L'effet de lentille gravitationnelle dans l'image de l'amas SMACS J0723. Image : NASA, ESA, ASC et STScI
Qu'est-ce que le redshift ?
Dans l'étude de l'univers primitif, les principauxL'indicateur utilisé par les scientifiques est le redshift. Cela aide à comprendre à quelle vitesse un objet s'éloigne de nous. Tout comme le signal d'une locomotive à vapeur ou d'un navire sonne plus bas lorsqu'ils s'éloignent de l'observateur, l'onde lumineuse d'un objet qui s'éloigne change également.
L'univers est en constante expansion, ce qui signifieles galaxies lointaines s'éloignent de la Terre. Au redshift, le rayonnement électromagnétique d'un objet en retrait augmente sa longueur d'onde. Cela signifie que tous les détails du spectre se déplacent vers la région rouge.
Plus la galaxie est éloignée, plus tôt nous la voyons etplus sa lumière s'étirait en raison de l'expansion de l'Univers. En conséquence, la lumière bleue et ultraviolette des jeunes étoiles chaudes nous apparaît dans l’infrarouge 13,5 milliards d’années plus tard.
Le télescope James Webb est équipé d'instruments sensibles qui détectent le rayonnement dans diverses parties de la gamme infrarouge et c'est pourquoi ils peuvent capter le rayonnement de l'univers primitif.
Décalage rouge et bleu. Image : Aleš Tošovský, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Pourquoi les premiers résultats peuvent-ils être erronés ?
Les études préliminaires sont basées surobservations uniques et peuvent être inexactes. Par exemple, les galaxies poussiéreuses formant des étoiles qui existaient des milliards d'années après le Big Bang peuvent se faire passer pour des galaxies lointaines record. Et d'ailleurs, la lumière émise par les galaxies peut être déformée par d'autres objets.
Par exemple, en fonction de la façon dont le rougela galaxie CEERS-DSFG-1 apparaît dans les images de James Webb, les astronomes ont déterminé le décalage vers le rouge de 17 à 18. Cela signifie que nous le voyons 220 millions d'années après le Big Bang. Cependant, les astronomes japonais ont utilisé le télescope submillimétrique NOEMA pour trouver la même galaxie et montrer qu'elle contient une énorme quantité de poussière.
La poussière absorbe les longueurs d'onde plus courtes et plus bleuesla lumière des étoiles, laissant entrer les plus longues et les plus rouges. Cela signifie que lorsqu'elle est observée visuellement depuis la Terre, une telle galaxie apparaîtra plus rouge. Après avoir ajusté les résultats d'observation pour tenir compte de l'influence de la poussière, les scientifiques ont montré que le véritable redshift n'est que d'environ 5. Cela signifie que la galaxie est visible 1,3 milliard d'années après le Big Bang.
Galaxie CEERS-DSFG-1 à l'image du télescope"James Webb" avec des observations NOEMA superposées sous forme de courbes de niveau. À droite, l'apparence du candidat lorsqu'il est vu à travers différents filtres : il n'apparaît pas dans les filtres de longueur d'onde plus courte, mais devient plus visible dans les filtres plus rouges. Image : J. Zavala et al.
Les chercheurs sont arrivés à des résultats similairesétudiant la galaxie candidate CEERS-1749. Ils ont appelé leur découverte la galaxie de Schrödinger. Le fait est que le décalage vers le rouge peut être égal à 5 ou 17. Si nous parlons d'une galaxie distante distincte, alors c'est l'un des systèmes similaires connus les plus éloignés, et s'il fait partie d'un amas, alors nous parlent à nouveau d'un milliard d'années après le Big Bang. Tout deviendra clair après de nouvelles recherches.
Qu'ils soient confirmés ou nonrecords déclarés, de nouvelles découvertes apporteront une contribution significative à la compréhension des processus de développement de l'Univers primordial. Même les galaxies distantes « proches » avec un décalage vers le rouge d'environ 5 ouvrent de nouvelles données.
La poussière interstellaire est un sous-produit du cyclela naissance et la mort des étoiles. Pour affecter le décalage vers le rouge, il doit y avoir beaucoup de cette poussière. Et cela signifie qu'une formation d'étoiles extrêmement intense devrait se produire dans de telles galaxies. Auparavant, les scientifiques ne connaissaient pas ces processus.
Un grand nombre de galaxies lointaines de différentes périodes de la vie de l'Univers permettront de comprendre comment les premiers systèmes stellaires se sont formés et développés.
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