Les premières galaxies de l’Univers donnent de l’espoir à la cosmologie

Par conséquent, découvrir des galaxies déjà énormes quelques centaines de millions d’années après le Big Bang a été une véritable surprise. Quelque chose d’aussi impossible que de voir un enfant d’un mètre quatre-vingt parfaitement formé quelques mois seulement après sa naissance. De même, les données Webb ont montré que les premières galaxies semblaient être devenues si massives si rapidement qu’aucune simulation n’était en mesure de les expliquer. Beaucoup ont commencé à penser que quelque chose n’allait vraiment pas dans notre théorie sur la naissance et l’évolution de l’Univers, le soi-disant « modèle standard de la cosmologie ».

Un réservoir d’oxygène pour l’ancienne théorie

Mais une nouvelle étude vient de paraître dans ‘Le Journal d’Astrophysique» par une équipe de chercheurs dirigée par Katherine Chworowsky, de l’Université du Texas à Austin, vient de donner un véritable élan à l’ancienne théorie : certaines de ces premières galaxies sont en fait bien moins massives qu’elles ne le paraissaient au premier abord. Et la « faute » s’ils nous semblent beaucoup plus grands et plus lourds réside dans les trous noirs centraux de certains d’entre eux, qui les font paraître beaucoup plus grands et plus brillants qu’ils ne le sont en réalité.

“Nous continuons à voir plus de galaxies que prévu”, explique Chworowsky, “même si aucune d’entre elles n’est assez massive pour ‘casser’ notre modèle de l’Univers.” Les nouvelles données proviennent de l’enquête Webb Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), dirigée par Steven Finkelstein, également de l’Université du Texas et co-auteur de la recherche.

Selon les nouveaux travaux, toutes les galaxies qui semblaient trop massives contiennent sûrement des trous noirs très actifs à l’intérieur, c’est-à-dire qu’elles consomment rapidement de grandes quantités de gaz. Et nous savons que lorsque cela se produit et qu’un trou noir absorbe beaucoup de matière, il ne la dévore pas directement, mais l’oblige à tourner autour de lui à des vitesses proches de celle de la lumière. Alors la matière, surexcitée, se met à briller avec une grande intensité, et forme un anneau orange autour du trou noir lui-même, comme on l’a vu sur les récentes images de Sagittarius A*, le trou noir supermassif de notre propre galaxie. Ce processus rend ces galaxies beaucoup plus brillantes qu’elles ne le seraient si leur luminosité dépendait uniquement de la lumière de leurs étoiles.

Lorsque les chercheurs ont retiré ces galaxies des analyses de l’Univers primitif, Chworowsky et ses collègues ont découvert qu’aucune des galaxies restantes n’était trop massive pour correspondre aux modèles existants.

«Par conséquent – ​​dit Finkelstein – la conclusion est qu’il n’y a pas de crise dans le modèle standard de la cosmologie. Chaque fois que vous avez une théorie qui, comme celle-ci, a résisté à toutes sortes de tests pendant si longtemps, vous avez besoin de preuves accablantes pour l’exclure. Et ce n’est tout simplement pas le cas.

Un deuxième problème

Cependant, et bien que la nouvelle étude semble résoudre le principal problème auquel la cosmologie était confrontée, il reste encore une autre question en suspens, bien que moins épineuse : James Webb a découvert dans l’Univers primitif environ deux fois les galaxies massives prédites par le modèle standard. Une des raisons possibles pourrait être que les premières étoiles se sont formées plus rapidement dans l’univers primitif qu’on ne le pensait auparavant, certainement beaucoup plus rapidement qu’aujourd’hui. “Peut-être”, dit Chworowsky, “au début de l’Univers, les galaxies étaient plus efficaces pour transformer le gaz en étoiles.”

Le processus de formation d’étoiles se produit lorsque des nuages ​​de gaz chauds se refroidissent suffisamment pour succomber à la gravité et se condenser en une ou plusieurs étoiles. Mais à mesure que le gaz est comprimé, il se réchauffe, générant une pression vers l’extérieur, ce qui provoque l’expulsion d’une partie du gaz vers l’extérieur. Dans notre région de l’Univers, l’équilibre de ces forces opposées tend à rendre le processus de formation des étoiles très lent. Mais peut-être que parce que l’Univers primitif était plus dense qu’aujourd’hui, il était plus difficile d’éjecter du gaz lors de la formation des étoiles, ce qui permettait au processus d’aller plus vite.

Par conséquent, même si les chercheurs semblent avoir montré que le modèle standard de la cosmologie n’est probablement pas « brisé », il pourrait encore être nécessaire d’affiner nos idées sur la formation des étoiles.

“C’est pourquoi il y a toujours ce sentiment d’intrigue”, explique Chworowsky. Et tout n’est pas complètement compris. “C’est ce qui rend ce genre de science amusant, car ce serait un domaine terriblement ennuyeux si un seul article résolvait tout, ou ne laissait plus de questions à répondre.”