11/02/2024. Des galaxies massives apparues peu après le Big Bang

Six points rouges brillant dans le ciel représentent autant de galaxies prises en photos par le télescope James-Webb lors d’une de ses premières observations effectuées en juillet 2022. Elles se trouvent dans l’univers à ses débuts, étant apparues environ 600 millions d’années après le Big Bang, il y a plus de 13 milliards d’années. Le point remarquable est qu’elles ne sont pas conformes aux hypothèses concernant les débuts de l’univers.

Ces galaxies semblent massives. Elles dépassent toutes la masse (le poids) de 10 milliards de notre Soleil. L’une d’entre elles atteint même les 100 milliards de Soleils, ce qui la rapproche de la taille de la Voie Lactée, beaucoup plus massive car plus récente.

Pour évaluer la masse, on observe la lumière qui émane des galaxies. La lumière provient des étoiles. Plus elles sont nombreuses, plus une galaxie est considérée comme massive. 

Or de telles galaxies géantes débordant d’étoiles ne devraient pas se trouver aussi près des débuts de l’univers, Selon le modèle standard de création des galaxies , pour amasser la matière nécessaire à la formation des étoiles, il faut du temps, au moins 1 milliard d’années après le Big Bang.

De plus le halo rouge des galaxies apparaissant sur les images prises par le télescope James-Webb devrait plutôt être bleu. Une galaxie jeune aura une couleur bleue, tandis qu’une plus vieille sera rouge », précise 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 développer des étoiles matures. Ceci dit, pour en être assuré, il faudra attendre les observations du spectrographe NIRSpec du télescope James-Webb. Il s’agit d’un appareil pouvant automatiquement fixer le décalage spectral ou décalage vers le rouge qui correspond aux objets lointains afin d’avoir une estimation plus précise de la distance.

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 davantage de prudence.

Le rouge synonyme de grande distance peut aussi être lié à d’autres facteurs. Le spectre d’une galaxie se situe dans les infrarouges, notamment s’il est rougi par la poussière spatiale. La poussière absorbe 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, appelés « quasars », font rayonner fortement les gaz tombant sur eux, évoquant une présence étoiles en grande quantité. Dans cette hypothèse, il ne faudrait plus autant d’étoiles pour expliquer la luminosité de ces galaxies.

On notera que les premières observations du télescope James-Webb suggèrent que les galaxies plus jeunes n’ont pas forcément les propriétés qu’on leur prêtait jusqu’alors. Il y a ainsi des indices qui suggèrent que les étoiles formées aux premiers temps de l’univers pouvaient émettre beaucoup de lumière sans être aussi massives.

Enfin, il faut rappeler que les hypothèses concernant l’existence ou la nature du Big Bang sont loin d’être définitives. Certains auteurs envisagent la possibilité d’une succession de Bangs, certains Big, d’autres pas.

https://www.france24.com/fr/%C3%A9co-tech/20230226-espace-james-webb-et-les-galaxies-improbables

Référence

Nature  616, 266–269 (2023)

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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