Des scientifiques révèlent le mystère des premières galaxies de l’univers

WASHINGTON – Depuis qu’il a commencé à fonctionner l’année dernière, le télescope spatial James Webb a fourni un aperçu étonnant des débuts de l’histoire de notre univers, découvrant une collection de galaxies remontant à une époque mystérieuse appelée l’aube cosmique.

Cependant, l’existence de galaxies qui semblaient massives et matures aux premiers jours de l’univers s’est avérée ne pas être celle attendue – trop grandes et trop rapides. Il est donc difficile pour les scientifiques d’obtenir une explication tout en remettant en question les principes fondamentaux de la cosmologie, la science de l’origine et du développement de l’univers. Une nouvelle étude pourrait peut-être résoudre ce mystère sans déchirer les manuels.

Les chercheurs ont utilisé des simulations informatiques sophistiquées pour modéliser l’évolution des premières galaxies. Cela suggère que la formation des étoiles s’est produite différemment dans ces galaxies au cours des premières centaines de millions d’années qui ont suivi l’événement du Big Bang, il y a 13,8 milliards d’années, qui a donné naissance à l’univers, par rapport à ce qui s’est produit dans les grandes galaxies comme la Voie lactée qui peuplaient le cosmos à cette époque. .

Ils ont découvert que la formation d’étoiles dans les premières galaxies se produisait lors de grandes explosions, et non à un rythme constant. Ceci est important car les scientifiques utilisent généralement la luminosité d’une galaxie pour mesurer sa taille – la masse collective des millions ou des milliards d’étoiles qu’elle contient.

Ainsi, selon cette étude, ces galaxies pourraient être relativement petites, comme prévu, mais pourraient briller aussi brillamment que des galaxies véritablement massives – donnant l’impression trompeuse de leur énorme masse – en raison de brillants éclats de formation d’étoiles.

Les astronomes peuvent mesurer en toute sécurité la luminosité de ces premières galaxies car les photons (particules de lumière) peuvent être détectés et comptés directement, alors qu’il est beaucoup plus difficile de savoir si ces galaxies étaient réellement grandes ou massives. Ils sont superbes car ils sont observés. “, a déclaré Guochao Sun, chercheur postdoctoral en astronomie à la Northwestern University dans l’Illinois et auteur principal de l’étude publiée cette semaine dans Astrophysical Journal Letters.

Webb, qui a été lancé en 2021 et a commencé ses opérations en 2022, a détecté environ 10 fois plus de galaxies extrêmement brillantes dès l’aube cosmique que prévu sur la base de la plupart des modèles théoriques.

“Selon le modèle standard de la cosmologie, il n’aurait pas dû y avoir beaucoup de galaxies très massives à l’aube cosmique, car les galaxies avaient besoin de temps pour se développer après le Big Bang. Immédiatement après le Big Bang, l’univers était rempli d’une énergie extrêmement chaude et presque uniforme. du plasma – des boules de feu – et pas d’étoiles ou de galaxies », a déclaré Claude-André Faucher-Giguère, astrophysicien de l’Université Northwestern et auteur principal de l’étude.

« Dans notre nouvel article, nous montrons quantitativement à l’aide de simulations que les sursauts de formation d’étoiles produisent des éclairs de lumière qui peuvent expliquer les galaxies extrêmement brillantes observées par Webb. Et la raison pour laquelle c’est si important est que nous expliquons ces galaxies très brillantes sans avoir à briser le modèle cosmologique standard”, a ajouté Faucher-Giguère.

Les simulations de cette recherche ont été réalisées dans le cadre du projet de recherche Feedback of Relativistic Environments (FIRE).

Les découvertes se concentrent sur un phénomène appelé « formation d’étoiles explosives ».

Contrairement à la formation d’étoiles, qui avait un rythme presque constant, l’activité de formation d’étoiles dans ces premières galaxies s’est produite de manière continue, incessante, avec un certain nombre de grandes fluctuations au fil du temps. Ceci entraîne à son tour de grandes variations dans la formation de ces étoiles. “Sa luminosité est due au fait que la lumière vue par des télescopes comme JWST est émise par de jeunes étoiles qui se forment dans la galaxie”, a expliqué Sun.

Les chercheurs ont une idée de la raison pour laquelle ce phénomène se produit dans les galaxies plus petites. Dans ce cas, un très grand amas d’étoiles peut se former soudainement, puis exploser en supernova en quelques millions d’années seulement en raison de leur grande taille. Ils projettent du gaz dans l’espace qui devient le matériau d’autres explosions de formation d’étoiles. Mais des effets gravitationnels plus forts dans les galaxies plus grandes empêchent de telles explosions, favorisant ainsi la formation d’étoiles stables.

Sun s’attend à ce que Webb continue de remettre en question notre compréhension de l’univers et de fournir de nouvelles perspectives, que ces compréhensions répondent ou non aux attentes scientifiques.

“C’est exactement ainsi que se fait et se développe la science”, a déclaré Sun.