Décidément, le James Webb Space Telescope est particulièrement productif en ce moment. Des astronomes viennent d’annoncer qu’une galaxie repérée en début d’année dernière a battu tous les records d’âge et de distance ; selon les observations du Webb, il s’agit désormais de la galaxie la plus ancienne et la plus éloignée jamais observée. Un nouveau tour de force qui nous rapproche encore des origines de l’Univers.
Cet objet, baptisé JADES-GS-z14-0 a été identifiée pour la toute première fois au printemps 2023 dans le cadre d’un programme scientifique baptisé JADES, qui a pour objectif de sonder l’extrême limite du cosmos. Pour y parvenir, les astronomes braquent le télescope sur des zones apparemment vides pendant des durées importantes, afin de laisser le temps aux capteurs de capturer suffisamment de photons pour discerner des objets si ternes et discrets qu’ils échapperaient à n’importe quel autre appareil. En l’occurrence, il a fallu plus de cinq jours d’exposition continue aux capteurs ultrasensibles du JWST pour obtenir l’image attendue.
La galaxie la plus ancienne jamais observée
En analysant les données, les chercheurs ont eu droit à une sacrée surprise. Au milieu du cliché, ils ont trouvé deux objets aux spectres lumineux très particuliers. Sous l’effet de l’expansion de l’Univers, la lumière qui nous parvient de ces régions immensément éloignées subit ce qu’on appelle un décalage vers le rouge, ou redshift. Il se manifeste par un décalage progressif de la longueur d’onde du faisceau vers le rouge, puis vers l’infrarouge. Plus l’objet est éloigné, plus le phénomène est marqué. Or, JADES-GS-z14-0 affichait un redshift supérieur à 14, ce qui est absolument faramineux. Même les rayons ultraviolets, pourtant situés à l’autre extrémité du signe lumineux, ont migré jusqu’à l’infrarouge lointain !
Une perspective très enthousiasmante, car de tels chiffres suggèrent que l’on pourrait avoir affaire aux objets les plus lointains jamais observés. Mais d’autres éléments ont aussi forcé les chercheurs à avancer prudemment avant de crier victoire. En effet, la source était aussi étonnamment lumineuse pour un objet censé être aussi éloigné, jetant ainsi le doute sur l’hypothèse initiale.
En janvier 2024, l’équipe a enfin bénéficié de temps d’observation supplémentaire avec le JWST. Ni une ni deux, ils ont donc braqué les instruments du JWST précisément sur cette anomalie pendant une dizaine d’heures consécutives. Ils ont ainsi obtenu un spectre lumineux très précis qui a permis de confirmer ces données. Dans leur analyse publiée tout récemment, les chercheurs ont obtenu un redshift de 14,32 ! De quoi pulvériser l’ancien record de 13,2.
En pratique, cela signifie que JADES-GS-z14-0 est née à peine 300 millions d’années après le Big Bang, dont on estime qu’il remonte lui-même à environ 13,8 milliards d’années. En d’autres termes, la galaxie est âgée d’environ 13,5 milliards d’années ! Un record absolu qui la placerait tout au début de l’Aube cosmique, la période où les toutes premières étoiles ont commencé à se former et à illuminer le cosmos.
Un nouveau modèle pour la genèse des premières galaxies ?
Mais à ce stade, il restait encore une question brûlante : comment se fait-il qu’un objet aussi ancien puisse être aussi brillant ? Une partie de la réponse réside dans sa taille. Les données montrent en effet que cette galaxie est très large, environ 1600 années-lumière d’un bout à l’autre. En outre, elle est aussi étonnamment massive, avec plusieurs centaines de millions de masses solaires au compteur.
Or, selon les modèles cosmologiques actuels, des objets aussi massifs, volumineux et brillants ne sont pas censés exister au début de l’Aube cosmique ; on pensait jusque là que seules des galaxies bien plus modestes auraient pu émerger si peu de temps après le Big Bang. En théorie, elles auraient plutôt dû ressembler à un autre groupe de galaxies un petit peu moins anciennes, mais beaucoup moins matures que le JWST a également capturé récemment lors d’une observation historique.
Les chercheurs n’ont pas encore réussi à démêler rigoureusement tous les fils de cette énigme. Et en cherchant une hypothèse convaincante, ils se sont même retrouvés confrontés à un nouveau mystère. En extrapolant sur la base des données spectrales du Webb, ils ont pu déterminer que la galaxie était fortement chargée en hydrogène… et aussi en oxygène.
Si le premier n’a rien d’étonnant puisqu’il s’agit du matériau de base qui a donné naissance aux premières étoiles, la présence d’oxygène si tôt dans le cycle de vie de la galaxie est beaucoup plus étonnante. Cela suggère en effet que plusieurs générations d’étoiles massives se sont déjà succédé dans JADES-GS-z14-0 avant que le Webb ne lui tire le portrait. De quoi laisser les astronomes perplexes. « Mises bout à bout, ces observations nous disent que JADES-GS-z14-0 ne ressemble pas aux types de galaxies prévues par les modèles théoriques et les simulations de l’univers précoce », expliquent les auteurs.
Il faudra donc multiplier les observations pour y voir plus clair. Mais la bonne nouvelle, c’est que les chercheurs sont aussi convaincus que le JWST finira par tomber sur d’autres objets de ce genre. Une fois que les astronomes auront davantage d’exemples concrets sous la main, ils pourront donc reconsidérer les modèles qui décrivent la genèse des premières galaxies, nous rapprochant encore un peu plus des origines du cosmos tel qu’on le connaît. Quelle aventure !
Le texte d el’étude est disponible ici.
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