Les petits points rouges, les galaxies énigmatiques découvertes par ‘James Webb’ | Vide cosmique

Que sont les petits points rouges (petits points rouges, en anglais), le nouveau type de galaxies que le télescope a découvert James Webb (JWST)? Nous sommes face à une histoire qui n’est pas encore terminée et qui, pour l’instant, dure un an. Nous pouvons le résumer en quatre mots : nous ne savons pas ; toujours.

La science est souvent alambiquée, et pas seulement l’astrophysique qui nous concerne dans vide cosmique. L’adjectif s’applique à tous les domaines de recherche. Il est normal que les progrès de nos connaissances ne suivent pas une voie rectiligne et se concrétisent en peu de temps et de manière simple. En fait, une grande partie du travail que nous avons, les scientifiques, consiste à mettre des bâtons dans les roues de notre progrès, à rechercher tout ce que nous pouvons qui peut démystifier une théorie scientifique et à explorer de nouvelles voies en même temps. Nous faisons cet objectif critique (par inspection et crucial) dès qu’une théorie est mise sur la table, et aussi des années plus tard. C’est exactement ce qui se passe avec les études qui sont publiées sur la formation des galaxies tout au long de la vie de l’univers, en cette première année de fonctionnement complet du JWST.

La deuxième considération est purement astrophysique, en fait, cosmologique. Chaque fois que nous lançons un nouvel observatoire dans l’espace ou démarrons un nouveau télescope au sol, l’univers nous surprend. Nous pensons toujours que nous avons déjà exploré une fraction si élevée de l’âge de l’univers que nous devrions commencer à voir les premières étoiles. Et c’est que nous connaissons déjà des galaxies qui étaient là quand l’univers n’avait que 2% de son âge actuel. En d’autres termes, il faut à chaque fois être plus près de voir des galaxies si, si loin que les étoiles qui les composent ne doivent avoir (pratiquement) que de l’hydrogène et de l’hélium, les composants que l’on qualifie de primordiaux, qui étaient là cinq minutes plus tard. la Big Bang, selon nos modèles les plus avancés. Dans ces premières étoiles, nous ne verrions pas d’éléments plus lourds que l’hélium, qui se forment à l’intérieur des étoiles ou dans les explosions de supernova. Mais nous sommes trop naïfs, et l’univers nous le rappelle sans cesse.

C’est en effet le grand résultat, sans beaucoup de discussion dans la communauté scientifique, que JWST a produit au cours de la première année, au cours de laquelle nous ne nous attendions pas au barrage de découvertes de galaxies lointaines dont nous avons été témoins. Mais on en a déjà parlé récemment. Aujourd’hui on a affaire à des galaxies un peu plus proches, qui se sont formées alors que l’univers avait entre 5% et 10% de son âge actuel (qui sait où elles sont aujourd’hui, c’est une autre histoire) et qui ont des propriétés uniques, qu’on ne connaissait pas avant ( presque) rien de pareil.

Dans les premières images prises par le James Web avec l’instrument NIRCam, des objets petits et faibles sont apparus qu’aucun télescope n’avait auparavant détectés, pas même le Hubble ou les grands télescopes terrestres tels que GTC, Keck ou ALMA. Nous les appelons objets, pour l’instant, parce qu’ils sont si petits que d’abord nous ne pouvions pas dire s’il s’agissait de galaxies, d’étoiles ou de quelque chose d’autre dans la Voie lactée. Ils ne sont pas extrêmement abondants, mais ils apparaissent dans toutes les données prises au cours de cette première année de fonctionnement de l’observatoire. On les appelle des objets très rouges, non seulement parce qu’ils n’ont pas été détectés dans la lumière optique ou proche infrarouge que le Hubblemais aussi parce que leur luminosité est d’autant plus intense que le filtre dans lequel nous les observons avec le nôtre est plus rouge James Webb. Ils sont petits et ils sont rouges, alors on les appelle petits points rougesNous, astrophysiciens, n’avons pas eu ici beaucoup d’imagination littéraire.

La première interprétation qui a été donnée de la nature de ces objets est venue au magazine Nature le 25 juillet 2022, deux semaines seulement après James Webb a commencé à donner des données à tous les astrophysiciens du monde. Dans cet article, qui n’a été accepté que le 31 décembre après avoir été évalué par des arbitres externes, ces objets étaient présentés comme des galaxies ultramassives, autant voire plus que la Voie lactée, mais qu’elles se sont déjà formées alors que l’univers était à moins de 1 000 millions d’années. ans (7% de leur âge actuel) et étaient beaucoup plus petits que notre galaxie, au moins 20 fois. Il y a eu un grand tollé dans la communauté scientifique parce qu’ils étaient trop massifs ; certains semblaient même avoir plus de masse que ce qui est disponible pour former des galaxies n’importe où dans l’univers. C’est comme si une voiture était construite dans une usine automobile qui a plus de métal qu’il n’y en a dans toute l’usine. On parlait qu’ils “casseraient la cosmologie”, comme si quelque chose dans notre vision générale de l’univers, de ce que nous savons de son contenu en matière et en énergie, était fondamentalement faux.

De ce premier article, d’autres ont émergé dans lesquels de nouvelles galaxies de ce type et des analyses alternatives des mêmes données et d’autres nouvelles ont été présentées. Il n’était plus aussi clair qu’il s’agissait de galaxies très massives, mais les interprétations alternatives n’étaient pas non plus très normales.

Trois explications extraordinaires

Une option était que la lumière de ces galaxies n’était pas complètement dominée par l’émission d’étoiles, comme d’habitude, mais plutôt par du gaz interstellaire très chaud. Le gaz interstellaire est présent dans l’espace entre les étoiles (et c’est beaucoup, puisque les étoiles occupent un volume infime dans une galaxie). Dans ce gaz peu dense, de l’ordre d’un quadrillion de fois moins dense que celui de notre atmosphère, on a constaté qu’il y avait de grandes quantités d’oxygène, en plus de l’hydrogène primordial (et de l’hélium, bien que cet élément soit plus difficile à détecter). Partie de la grondé de ces galaxies était due à la présence d’oxygène très chaud, si chaud qu’il était ionisé : il avait perdu deux de ses 8 électrons, arrachés à chaque atome par l’énergie qu’ils reçoivent. Le résultat est que les galaxies n’avaient pas besoin d’être aussi massives qu’on le prétendait initialement : elles pourraient avoir moins d’étoiles, mais beaucoup de gaz émettant à des longueurs d’onde très particulières dans des bandes rouges. De plus, ces galaxies semblaient avoir de la poussière interstellaire, ce qui les rendait encore plus rouges, car la poussière mange des photons, de préférence des bleus.

Mais la controverse sur les petits points rouges ça ne s’est pas arrêté là. Maintenant, les nouvelles données de ces dernières semaines indiquent que l’émission d’au moins certains de ces objets peut même ne pas être due directement aux étoiles, ou aux étoiles qui chauffent ce gaz riche en oxygène ionisé que nous avons mentionné dans le paragraphe précédent. Les vitesses de ces nuages ​​de gaz chauds et l’émission aux longueurs d’onde les plus rouges atteintes par le James Webb, avec instrument MIRI qui voit directement l’énergie émise par la poussière (non pas qu’il la détecte car elle absorbe de l’énergie), ils semblent indiquer que des trous noirs supermassifs peuvent exister dans ces objets. Ils seraient presque aussi gros (en masse) que celui de la Voie lactée, entourés de matière, de gaz et de poussière, qui chauffent à des températures élevées (des centaines de degrés pour la poussière, des milliers de degrés pour le gaz) et émettent de la lumière infrarouge. Ils sont très grands et étaient déjà présents dans un univers très jeune.

Quels sont donc les petits points rouges? Eh bien, nous ne savons pas. À l’heure actuelle, nous avons trois possibilités, il y en a peut-être d’autres auxquelles nous n’avons pas pensé. Il est temps d’avancer en parallèle dans les trois axes d’investigation, en essayant de tous les invalider. C’est la méthode scientifique : concevoir une ou plusieurs théories pour expliquer ce qui nous entoure et essayer de prouver qu’elles sont fausses. Si nous réussissons, nous devrons trouver une autre explication (ou, plus souvent, compléter celle qui existe déjà). Si nous ne parvenons pas à invalider l’interprétation des données, nous pouvons affirmer que nous sommes plus proches de la vérité. Ou que nous n’avons pas été assez intelligents et imaginatifs ; il nous manquerait alors des connaissances pour savoir comment invalider la théorie.

Dans ce cas, une façon finirait par demander d’où vient tant de masse d’étoiles, une autre finirait par demander comment il est possible que l’oxygène soit si abondant et brillant, et une autre d’où ces trous noirs, déjà si grands, viendraient de cet univers si jeune. Quoi qu’il en soit, nous sommes confrontés à beaucoup plus de questions que de réponses : nous avons beaucoup de travail devant nous et beaucoup de nouvelles données à obtenir avec le James Webb.

Vide cosmique est une section dans laquelle nos connaissances sur l’univers sont présentées de manière qualitative et quantitative. Il vise à expliquer l’importance de comprendre le cosmos non seulement d’un point de vue scientifique, mais aussi d’un point de vue philosophique, social et économique. Le nom “vide cosmique” fait référence au fait que l’univers est et est, pour l’essentiel, vide, avec moins d’un atome par mètre cube, alors que dans notre environnement, paradoxalement, il y a des quintillions d’atomes par mètre cubique, qui nous invite à réfléchir sur notre existence et la présence de la vie dans l’univers. La rubrique est composée de Pablo G. Pérez Gonzalezchercheur au Centre d’Astrobiologie, et Eva Villaverprofesseur de recherche à l’Instituto de Astrofísica de Canarias.

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