Imaginez l’univers jeune enveloppé dans un épais brouillard. Pendant des millions d’années après le Big Bang, l’espace était rempli de gaz d’hydrogène neutre, le rendant opaque à de nombreux types de lumière. Mais ensuite, quelque chose a dissipé ce brouillard, transformant l’univers en la vaste étendue transparente que nous voyons aujourd’hui. Cet événement épique, appelé réionisation, a été un grand mystère cosmique. Maintenant, des observations du télescope spatial James Webb de la NASA pointent fortement vers un coupable surprenant : d’innombrables petites galaxies énergétiques débordant de nouvelles étoiles.
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Ces découvertes suggèrent que si les galaxies massives ont fini par dominer le cosmos, ce sont les « petites mais puissantes » de l’univers jeune qui possédaient l’énergie nécessaire pour provoquer cette transformation spectaculaire.
Lever les secrets de l’univers jeune
Pour les astronomes, comprendre ce qui a causé la réionisation revient à reconstituer un puzzle cosmique. Était-ce des galaxies massives ? Des trous noirs mystérieux ? Ou autre chose ? Le télescope spatial James Webb a été spécifiquement conçu pour regarder loin dans le temps et aider à répondre à cette question.
Une équipe dirigée par Isak Wold a utilisé les puissants instruments de Webb, notamment la NIRCam (caméra proche infrarouge) et le NIRSpec (spectrographe proche infrarouge), pour étudier une région du ciel contenant l’amas de galaxies massif Abell 2744, surnommé l’amas de Pandora. Situé à environ 4 milliards d’années-lumière, cet amas agit comme une loupe naturelle, grâce à son immense gravité qui courbe et amplifie la lumière des objets encore plus éloignés derrière lui.
Cette technique, appelée lentille gravitationnelle, a permis à Webb de repérer des galaxies si lointaines que leur lumière a voyagé pendant près de 13 milliards d’années, nous les montrant telles qu’elles étaient lorsque l’univers n’avait qu’environ 800 millions d’années – en plein cœur de l’ère de la réionisation.
Découvrir les usines à étoiles
L’équipe a spécifiquement recherché de petites galaxies actives pendant cette période. Pourquoi se concentrer sur les petites ? Les scientifiques ont émis l’hypothèse que les petites galaxies pourraient être meilleures pour laisser échapper la puissante lumière ultraviolette (UV) nécessaire pour ioniser le gaz d’hydrogène. Les galaxies plus grandes retiennent davantage de gaz, ce qui peut bloquer cette lumière cruciale.
Ils ont traqué les galaxies montrant des signes de « flambées stellaires » (starbursts) – des périodes de formation d’étoiles intense. Les flambées stellaires ne produisent pas seulement beaucoup de lumière UV, elles créent également des canaux à travers le gaz d’une galaxie, ce qui facilite l’échappement de la lumière dans l’espace intergalactique.
Animation montrant les emplacements de jeunes galaxies de faible masse en flambée stellaire autour de l'amas de galaxies Abell 2744. Des galaxies blanches et jaunes de différentes tailles et formes apparaissent sur fond noir de l'espace. Deux étoiles brillantes de notre propre galaxie affichent des motifs de diffraction proéminents à six branches avec des rayons bleutés, visibles au centre gauche et en bas à gauche. Ensuite, 20 diamants blancs balayent l'image. Un diamant s'agrandit pour révéler une image d'une jeune galaxie de faible masse en formation d'étoiles. Elle ressemble à un ovale vert sur un fond quadrillé rouge et vert. L'image agrandie rétrécit ensuite, et les diamants s'éloignent. La séquence se répète.À l’aide d’un filtre sensible à une longueur d’onde spécifique de lumière émise par l’oxygène doublement ionisé – un signe révélateur de formation d’étoiles énergique et d’un fort rendement en UV – ils ont identifié 83 candidats potentiels. Il s’agissait de petites galaxies jeunes vues telles qu’elles étaient environ 800 millions d’années après le Big Bang.
L’équipe a ensuite utilisé l’instrument NIRSpec de Webb pour examiner de plus près 20 de ces galaxies. Le NIRSpec peut analyser la lumière de ces objets lointains, fournissant des détails cruciaux sur leur composition, leur distance et leur production d’énergie.
Image du télescope spatial James Webb de l'amas de galaxies Abell 2744, mettant en évidence les emplacements des petites galaxies en flambée stellaire de l'univers jeune cruciales pour la réionisation. Puissantes malgré leur petite taille
Ce qu’ils ont trouvé était remarquable. Ces galaxies étaient minuscules selon les normes cosmiques – beaucoup avec des masses stellaires équivalentes à seulement quelques millions de Soleils. Pour construire une galaxie de la taille de notre Voie lactée, il faudrait des dizaines de milliers à des centaines de milliers de ces petites centrales !
Malgré leur petite taille, les données spectrales ont confirmé qu’elles subissaient une formation d’étoiles vigoureuse et émettaient de forts signaux d’oxygène hautement énergisé, indiquant une production significative de rayonnement ionisant.
Les scientifiques ont étudié des galaxies similaires, petites et actives, plus près de nous, comme les « pois verts », et ont constaté qu’elles peuvent libérer une fraction significative (environ 25 %) de leur lumière UV ionisante dans l’espace environnant. Si les premières galaxies en flambée stellaire observées par Webb étaient aussi efficaces, leur grand nombre et leur production UV combinée seraient largement suffisants pour dissiper le brouillard cosmique et réioniser l’univers.
Vue détaillée du télescope spatial James Webb montrant trois galaxies en flambée stellaire de l'univers jeune et leurs spectres, confirmant la formation d'étoiles vigoureuse essentielle à la réionisation cosmique. Pourquoi c’est important
Cette découverte est une étape majeure dans la compréhension d’un moment crucial de l’histoire cosmique. Elle déplace l’attention des objets massifs et rares vers les nombreux petits objets comme principaux moteurs de la transformation de l’univers. Elle met en évidence les capacités uniques du télescope spatial James Webb, capable de détecter ces galaxies faibles et lointaines et d’analyser leur lumière avec un détail sans précédent.
Image rapprochée du télescope spatial James Webb montrant la galaxie 41028, une galaxie en flambée stellaire petite mais puissante de l'univers jeune potentiellement responsable de la réionisation. Bien que ces résultats soutiennent fortement l’idée que les petites galaxies en formation d’étoiles ont été les acteurs clés de la réionisation, l’univers détient encore de nombreux secrets. De futures observations avec Webb et d’autres télescopes continueront d’explorer cette ère fascinante, visant à confirmer ces découvertes et peut-être à révéler encore plus sur les forces qui ont façonné le cosmos que nous habitons aujourd’hui.
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