C’est le feu stop d’une voiture ? Le bout brûlant d’une cigarette peut-être ? Ou une photo extrêmement agrandie du bouton de veille d’un téléviseur ? Faites correspondre les amas rouges flous de pixels angulaires avec les images spectaculaires du télescope spatial James Webb publiées à la mi-juillet, des images de nébuleuses gracieusement déployées et de galaxies d’une netteté remarquable, et vous allez bientôt hausser les épaules.
Et pourtant, ce sont précisément ces points brumeux qui, bien plus que les panoramas cosmiques fascinants qui faisaient auparavant la une des journaux, suscitent désormais une excitation croissante parmi les astronomes du monde entier.
Si les premiers signes ne trompent pas, ces collections de pixels rouges révèlent les galaxies les plus lointaines que l’humanité ait jamais vues. Les galaxies que vous voyez ici – des variantes extrêmement jeunes de la Voie lactée dans lesquelles nous passons notre vie cosmique – ont été filmées telles qu’elles sont apparues quelques centaines de millions d’années seulement après le Big Bang. Et bien que cela semble long selon les normes humaines, ce temps est pâle par rapport aux près de 14 milliards d’années d’existence de l’univers. Les systèmes sur la photo sont, en somme, très jeunes. Certaines pourraient même être parmi les toutes premières galaxies à apparaître dans l’Univers.
Ces photos de bébés cosmiques vous plongent merveilleusement dans le temps profond et enchanteur de l’espace, des périodes de temps vertigineuses qui font pâlir les vies humaines. Pourtant, ces galaxies ne sont pas seulement des découvertes de rêve ou des ajouts amusants aux livres des records astronomiques. Non, ils présentent également un intérêt scientifique considérable.
En effet, de si jeunes galaxies peuvent révéler l’évolution de ces objets cosmiques. Comparez-le avec des biologistes qui n’ont jusqu’à présent vu que les spécimens adultes d’une espèce animale et qui découvrent soudainement la phase de bébé. Que la vie ait commencé dans un œuf, comme une petite version patauge de l’animal adulte, ou que vous voyiez une chenille avant qu’elle ne se transforme en papillon : cela fait une différence.
Il en est de même dans le cosmos. Et si les premières découvertes provisoires ne sont pas trompeuses, plusieurs indications émergent déjà que les astronomes devront bientôt ajuster la vision dominante de l’évolution de ces galaxies, du moment du Big Bang à nos jours.
« C’est vraiment incroyable ce que la communauté internationale a déjà découvert au cours des deux premières semaines depuis que ces données sont devenues publiques », déclare l’astronome Mariska Kriek de l’Université de Leiden. «Nous savions déjà que James Webb révélerait des choses révolutionnaires. Mais maintenant, nous le voyons pour de vrai. Et cela ne déçoit certainement pas.
Fruits mûrs
Le télescope spatial James Webb, le nouveau fleuron de l’astronomie internationale, est le « successeur » du télescope spatial Hubble et a été construit, entre autres, pour scruter le cosmos plus profondément que jamais auparavant. C’est pourquoi il ne regarde pas la lumière « normale », mais le rayonnement thermique invisible à l’œil humain. La lumière provenant des profondeurs de l’espace est étirée le long du chemin. Ce qui était autrefois de la lumière visible – avec une longueur d’onde plus courte – arrive donc ici sous forme de rayonnement thermique, qui a une longueur d’onde plus longue.
Pour capter ce rayonnement thermique des profondeurs cosmiques, le fond du télescope est recouvert d’un pare-soleil, de la taille d’un court de tennis, qui le garde froid. En partie à cause de cela, Webb est si sensible que, s’il était sur Terre, il pourrait mesurer le rayonnement thermique d’un bourdon à la surface de la lune.
Il était évident que cette superpuissance astronomique conduirait à des découvertes spectaculaires. Et pourtant, les astronomes du monde entier vont de surprise en surprise depuis que le télescope a commencé à collecter ses données. « Je ne pense pas qu’aucun d’entre nous aurait pu prévoir que nous verrions autant de galaxies à une si grande distance. Nous nous attendions à des surprises, mais pas si rapidement ni si radicalement », a déclaré la semaine dernière l’astronome de l’Université de Californie, Guido Roberts-Borsani. contre l’hebdomadaire de vulgarisation scientifique Nouveau scientifique.
« Nous sommes déjà en train de cueillir les fruits à portée de main », résume Kriek ces premières semaines. Et s’il y a bien plus de fruits, et surtout bien plus beaux, que les astronomes n’avaient osé l’espérer, il s’agit désormais surtout de travailler dur : analyser le maximum de données de mesure, tout enregistrer proprement et le décrire dans des articles spécialisés. .
Il n’est pas encore temps de séparer le bon grain de l’ivraie. « C’est pourquoi nous devons être très prudents », prévient l’astronome Karina Caputi de l’Université de Groningue, spécialiste des galaxies très lointaines. Tous les résultats sortis au cours des deux premières semaines n’ont pour l’instant été publiés que sur le site de prépublication scientifique Arxiv. Ce n’est que lorsque d’autres astronomes ont étudié ces articles de manière critique et les ont jugés satisfaisants – ce que l’on appelle l’examen par les pairs – qu’ils se retrouvent dans des revues grand public. Et même alors, nous n’en sommes pas encore là, dit Caputi. « La distance doit encore être confirmée pour toutes ces galaxies. »
redshift
Des experts tels que Caputi déterminent la distance des galaxies éloignées en utilisant ce qu’on appelle le décalage vers le rouge, un terme technique qui fait référence au fait que les galaxies éloignées apparaissent plus rouges que les plus proches.
C’est vrai. En raison de l’expansion de l’univers, les galaxies lointaines s’éloignent de nous plus rapidement. La lumière qui s’éloigne de vous change de couleur comme la sirène d’une ambulance qui accélère change de tonalité. Et ce que le ton est au son, la couleur est à la lumière : c’est pourquoi les galaxies se déplaçant plus rapidement et donc plus éloignées apparaissent plus rouges que les plus proches.
Pour la première détermination approximative de la distance, les astronomes regardent simplement à quel point les galaxies sont rouges. Seulement : parfois vous tirez accidentellement la mauvaise conclusion. « Une galaxie entourée de beaucoup de poussière peut parfois apparaître plus rouge qu’elle ne le devrait en fonction de sa distance », explique Caputi.
Cela vous demandera de regarder à nouveau les galaxies extrêmement lointaines trouvées maintenant, d’une manière légèrement différente et plus précise, pour confirmation. Si, par exemple, il est possible de faire un spectre d’un tel système – une signature des couleurs présentes dans la lumière d’un tel système – vous pouvez déterminer très précisément le décalage vers le rouge, et vous connaissez la distance à coup sûr.
« Je pense donc que pour le deuxième tour d’observation, qui débutera probablement début 2023, nous allons recevoir beaucoup de demandes pour effectuer des mesures de vérification sur des systèmes extrêmement éloignés », explique Kriek, qui a été actif dans l’un des panels. ce temps d’observation sur le James Webb. « Pour cette première série de mesures, nous avons eu environ quatre fois plus de demandes que le temps d’observation disponible. Je pense que la concurrence ne fera que s’agrandir à partir de maintenant.
Carrément incroyable
Les découvertes des premières galaxies lointaines ne sont pas seulement surprenantes en nombre, les distances elles-mêmes sont dans certains cas tout simplement étonnantes. Si la galaxie la plus éloignée que Hubble ait jamais vue avait un décalage vers le rouge de 11, ce qui se traduit par un âge d’environ 400 millions d’années après le Big Bang, les données de James Webb ont déjà identifié des dizaines de candidats bien au-delà.
Par exemple, le 19 juillet, tache rouge GLASS-z13 sur, avec un décalage vers le rouge estimé à 13. Cela augmentera immédiatement le record – si la découverte se maintient – d’environ 100 millions d’années. Spectaculaire, si ce n’était du fait que James Webb a battu ses propres records à maintes reprises ces derniers temps.
Il suffit de regarder le point de cendre brûlant de « Maisie’s Galaxy », du nom de la fille du découvreur, à un redshift de 14. Ou non, hey, stop : il y a encore deux systèmes avec un redshift de 16. Un groupe de recherche a même soudainement trouvé des systèmes la semaine dernière à un redshift de 20environ 180 millions d’années après le Big Bang. C’est le dossier préliminaire.
Caputi s’attend à ce qu’il soit difficile de battre ce record beaucoup plus loin. « Les toutes premières galaxies se sont formées au cours de cette période », dit-elle. Cependant, de plus en plus de galaxies dans le ciel sont aussi de moins en moins brillantes. « Et donc il devient de plus en plus difficile de les voir. »
La question reste de savoir si ce que nous voyons maintenant est réel ou s’il s’agit d’une illusion de couleur rouge. « Si même 20% des galaxies sont réellement au décalage vers le rouge signalé, c’est une preuve solide que ces types de galaxies se forment très tôt et très rapidement et deviennent très massives et brillantes très rapidement », a déclaré l’astronome Rohan Naidu du Harvard-Smithsonian Center for L’astrophysique à ce sujet Nouveau scientifique. Cela doit donc être assez difficile si les découvertes actuelles ne doivent pas être laissées à l’avenir.
De plus, dit Caputi : « Les images dans lesquelles ces galaxies ont été trouvées sont loin d’être les plus profondes que James Webb va faire de l’univers. Quand je pense à ce qu’on aurait pu voir en six mois… Oh mon Dieu.”
Plus massif, plus régulier, plus bizarre
Les premiers résultats du télescope spatial James Webb ne mettent pas seulement en évidence les galaxies extrêmement lointaines. Suggère donc une nouvelle étude que certaines galaxies accumulent beaucoup d’étoiles et de masse plus tôt que prévu. « Si c’est vrai, nous devons vraiment retourner à la planche à dessin », déclare l’astronome Mariska Kriek. Cependant, sa collègue Karina Caputi n’y croit guère. « Ils utilisent une nouvelle méthode d’analyse qui n’a pas encore été suffisamment testée », dit-elle.
C’est le problème avec de telles études : elles sont rapidement écrites et le contrôle critique des collègues fait toujours défaut. Pourtant, ils montrent le type d’informations que Webb peut fournir. C’est ainsi qu’un groupe découvre plus de systèmes en forme de disque qu’avant, l’autre que les galaxies sont plus compactes que le prédécesseur Hubble a vu, et un troisième révèle une galaxie étrange et atypique qui presque pas d’éléments lourds contient. C’est la pointe d’une montagne toujours croissante de publications qui peuvent faire basculer le tableau de l’évolution des galaxies. Et puis les mesures, par exemple, des atmosphères des planètes lointaines doivent encore démarrer pour la plupart.
« C’est comme être dans un théâtre et jusqu’à présent, vous ne pouviez voir l’univers qu’à travers les fentes du rideau », explique Kriek. « Avec Webb, ces rideaux se sont ouverts. Maintenant, nous voyons soudainement toute la scène.