Le James Webb n’a jamais été aussi proche des origines de l’Univers

Depuis le lancement du James Webb Space Telescope, les astronomes se rapprochent de plus en plus des prémices de notre monde, grâce aux performances exceptionnelles de l’instrument qui ne cesse de repousser les limites de la discipline. Et plus les observations s’accumulent, plus leur compréhension de l’univers précoce se précise.

Récemment, ce sont les troupes du prestigieux institut Niels Bohr, au Danemark, qui ont apporté leur pierre à l’édifice. En remontant le temps à l’aide de ce bijou d’ingénierie à 10 milliards de dollars, ils ont réussi à observer des galaxies parmi les plus anciennes qui soient. Selon les chercheurs, les images qui leur sont parvenues datent vraisemblablement de l’époque où elles étaient encore en train de se former, quelques centaines de millions d’années à peine après le Big Bang.

Une relation fondamentale qui s’écroule

Au fil des années, les observations ont fait émerger une tendance claire sur les douze derniers milliards d’années. Il semble y avoir une relation mathématique solide entre deux propriétés importantes des galaxies : la masse des étoiles qui s’y forment et la quantité d’éléments lourds qu’elles hébergent.

Les modèles cosmologiques actuels suggèrent qu’au tout début de l’Univers, peu après le Big Bang, le cosmos n’était peuplé que de deux éléments : l’hydrogène et l’hélium. Tous les autres, qui sont considérés comme des éléments lourds par les astronomes, sont apparus progressivement par la suite. La plus grande partie a été formée à partir des deux premiers au sein de la fournaise des étoiles, à travers un processus baptisé nucléosynthèse stellaire.

Cette relation semble logique, même si elle est en fait un tantinet plus complexe. En pratique, il faut aussi tenir compte du rythme de formation des étoiles, et pas seulement de leur masse. Mais quand on intègre ce paramètre à l’équation, on obtient une relation de proportionnalité très élégante. Elle s’est montrée extrêmement solide et cohérente jusqu’à présent. Plus la masse des étoiles d’une galaxie est importante, plus on y trouve d’éléments lourds, et vice-versa.

Pourtant, les travaux des chercheurs danois ont produit des données qui semblent en contradiction avec ces prédictions théoriques. En effet, leur voyage dans le temps à l’aide du JWST a montré que ce bel équilibre s’écroule lorsqu’on se rapproche des origines de l’Univers.

« Quand nous avons analysé la lumière de 16 des premières galaxies, nous avons observé qu’elles présentent significativement moins d’éléments lourds que leur masse ne le suggère », explique Kasper Elm Heintz, auteur principal de l’étude. À masse égale, ces corps célestes extrêmement anciens hébergent jusqu’à quatre fois moins d’éléments lourds que les galaxies plus récentes.

La formation des premières générations de galaxies

Au premier abord, on pourrait se dire que cette incohérence est très problématique pour la solidité des modèles cosmologiques. Mais ces résultats n’ont pas totalement pris les chercheurs au dépourvu. Des simulations informatiques très poussées de l’Univers précoce avaient déjà prédit une dynamique similaire. Par contre, c’est la toute première fois que cette tendance est confirmée par des observations du monde réel.

L’explication la plus plausible est relativement simple : selon les chercheurs, si ces galaxies à l’âge canonique manquent d’éléments lourds… c’est parce qu’elles n’ont tout simplement pas eu le temps de les former !

Certes, elles sont excessivement anciennes dans l’absolu. Mais la lumière qu’elles émettent a dû voyager pendant des milliards d’années pour atteindre les capteurs du JWST, le temps de franchir la distance faramineuse qui les sépare du télescope. Aujourd’hui, elles sont donc probablement chargées en éléments lourds. Mais les images obtenues correspondent donc à une époque où il s’agissait encore de bébé galaxies pas encore matures — et donc incapables de produire tout ce matériel.

En d’autres termes : nous assistons très probablement à la formation de certaines des premières galaxies de l’Univers, avec quelques milliards d’années de latence. « Ces résultats nous ont offert un premier aperçu des premiers stades de la formation des galaxies », jubilent les chercheurs.

Et ce n’est qu’un début. Les astronomes vont continuer de solliciter le télescope pour conduire des observations à plus grande échelle. Ils pourront ainsi peindre un tableau de plus en plus précis de l’histoire de l’Univers. « Il n’y a aucun doute que nous aurons bientôt une compréhension bien plus claire de la façon dont les galaxies ont commencé leur formation durant les premiers milliards d’années après le Big Bang », se réjouit Kasper Elm Heintz.

Le texte de l’étude est disponible ici.

🟣 Pour ne manquer aucune news sur le Journal du Geek, abonnez-vous sur Google Actualités. Et si vous nous adorez, on a une newsletter tous les matins.