Une étude parue dans Nature le 6 février 2023 dont nous publions ci-dessous les références et l’abstract, s’intéresse à plusieurs galaxies observées grâce au télescope spatial James-Webb. Massives, elles semblent défier la compréhension de la formation des galaxies.
Six d’entre elles, notamment ne semblent pas conformes aux théories sur la formation des galaxies après le Big Bang. Elles ont été prises en photos par le télescope James-Webb lors d’une des premières observations effectuées en juillet 2022. Elles font partie d’un lot de treize galaxies qui se trouvent dans l’univers lointain et seraient apparues environ 600 millions d’années après le Big Bang, il y a plus de 13 milliards d’années. Les six qui intriguent le plus dépassent toute la masse de 10 milliards de Soleils, tandis que l’une d’elle atteint même les 100 milliards de Soleils
Pour évaluer la masse, on observe la lumière qui émane de ces galaxies. Cette lumière provient des étoiles, et plus elles sont nombreuses, plus une galaxie est considérée comme massive.
Or ces monstres galactiques qui regorgent d’étoiles ne devraient pas se trouver aussi près des débuts de notre univers, d’après le modèle standard de création des galaxies. Pour amasser la matière nécessaire à la formation des étoiles, il faut du temps. Des galaxies aussi massives que les six ayant retenu l’attention des auteurs de l’article de ans Nature, n’ont été vues jusqu’à présent qu’après le premier milliard d’années ayant suivi le Big Bang.
Mais ce n’est pas le seul défi posé à notre compréhension de l’histoire de l’univers. Le halo rouge des galaxies sur les images prises par le télescope James-Webb devrait plutôt être bleu. « Il y a deux types de rouge dans les observations spatiales, celui qui permet de dire si un objet est lointain, et le rouge intrinsèque des étoiles qui indique que ce sont des corps matures. Dans le cas de nos six galaxies, elles ont toutes une couleur rouge intrinsèque selon François Hammer, astrophysicien à l’Observatoire de Paris et qui vient de publier « Voyage de la Terre aux confins de l’Univers » (éd. Odile Jacob).
Là encore, des galaxies qui se trouvent aussi loin dans le temps et l’espace ne devraient pas avoir eu le temps de laisser de développer des étoiles matures.
Pour en savoir plus, il faudra attendre l’entrée en service du spectrographe NIRSpec du télescope James-Webb. Celui-pourra automatiquement fixer le décalage spectral, ou décalage vers le rouge qui correspond aux objets lointains.
Pour l’instant, les auteurs de l’étude ont utilisé une méthode par colorimétrie en appliquant différents filtres permettant de se faire une idée de la distance. C’est une approche plus artisanale fréquemment utilisée, mais dont les résultats sont à prendre avec prudence.
Ce rouge synonyme de grande distance peut aussi être lié à d’autres facteurs. Le spectre d’un galaxie peut-être rougi par la poussière spatiale », selon Stéphane Charlot, spécialiste de la formation des galaxies à l’Institut d’astrophysique de Paris. « La poussière absorbe en effet le bleu, ce qui fait qu’une planète très poussiéreuse aura une signature beaucoup plus rouge »
Il se peut aussi que ces galaxies ne soient pas aussi massives qu’elles n’y paraissent, notamment si elles contiennent des trous noirs supermassifs. Ces phénomènes font rayonner fortement les gaz tombant sur eux, évoquant une signature d’étoiles. Dans cette hypothèse, il ne faudrait plus autant d’étoiles pour expliquer la luminosité de ces galaxies.
Mais même si cet outil confirmait les hypothèses de l’étude cela ne signifiera pas automatiquement la fin de la théorie du Big Bang. Les modèles fournissent des règles générales, et il y a la place pour des exceptions
D’une facon plus générale, l’on trouve de plus en plus d’articles autour des premières observations du télescope James-Webb qui suggèrent que les galaxies plus jeunes n’ont pas forcément les propriétés qu’on leur prêtait jusqu’alors. Ainsi les étoiles formées aux premiers temps de l’univers pouvaient émettre beaucoup de lumière sans être aussi massives.
Référence
- nature
- article
A population of red candidate massive galaxies ~600 Myr after the Big Bang
Abstract
Galaxies with stellar masses as high as roughly 1011 solar masses have been identified1,2,3 out to redshifts z of roughly 6, around 1 billion years after the Big Bang. It has been difficult to find massive galaxies at even earlier times, as the Balmer break region, which is needed for accurate mass estimates, is redshifted to wavelengths beyond 2.5 μm. Here we make use of the 1–5 μm coverage of the James Webb Space Telescope early release observations to search for intrinsically red galaxies in the first roughly 750 million years of cosmic history. In the survey area, we find six candidate massive galaxies (stellar mass more than 1010 solar masses) at 7.4 ≤ z ≤ 9.1, 500–700 Myr after the Big Bang, including one galaxy with a possible stellar mass of roughly 1011 solar masses. If verified with spectroscopy, the stellar mass density in massive galaxies would be much higher than anticipated from previous studies on the basis of rest-frame ultraviolet-selected samples.
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