Le télescope James-Webb révèle une diversité étonnante de galaxies primordiales !

Depuis son arrivée au point de Lagrange L2 fin janvier 2022, le télescope spatial James-Webb ne cesse de révolutionner nos observations de l'Univers. Cette fois, c'est sur d'anciennes galaxies qu'il s'est concentré, plus exactement sur certaines parmi les toutes premières qui ont peuplé l'Univers jeune. Et les résultats obtenus sont sans précédent par rapport à ceux obtenus par Hubble. C'est ce que démontre une étude acceptée dans la revue The Astrophysical Journal et disponible sur ArXiv. Une équipe internationale de chercheurs a utilisé des données recueillies à la fois par James-Webb et par Hubble et a effectué la comparaison entre les deux résultats obtenus.

Au total, l'équipe a examiné 850 galaxies avec un « redshift » compris entre 3 et 9. Ce paramètre, aussi noté « z » représente le décalage vers le rouge d'un astreastre observé, donc la vitessevitesse à laquelle il s'éloigne de nous. Selon la valeur de ce décalage et connaissant l'évolution de l'accélération de l'expansion de l'Univers, il est possible de déduire la distance de l'astre en question, et donc la période à laquelle on le regarde. Ainsi, les chercheurs ont reculé dans le temps d'entre 11 et 13 milliards d'années ! Soit à l'aubeaube de l'Univers tel qu'on le connaît aujourd'hui.

Cette mosaïque de 690 images individuelles prises avec la caméra proche infrarouge (NIRCam) du télescope spatial James-Webb couvre une zone de ciel environ huit fois plus grande que la première image en champ profond de Webb publiée le 12 juillet. © Nasa, STScI, CEERS, TACC, S. Finkelstein, M. Bagley, Z. Levay, J. Kartaltepe

Une grande diversité de morphologies

Ces galaxies primordiales sont celles qui ont apporté les premiers éléments lourds de l'Univers. Des étoilesétoiles s'y sont formées, s'y sont éteintes, et si elles étaient massives, ont éjecté des grandes quantités de matièrematière à haute vitesse lors de leur mort. « La densité globale du taux de formation d'étoiles de l'Univers a augmenté jusqu'à atteindre un pic à z ∼ 2 − 3, puis a commencé à décliner vers les niveaux bas actuels », explique l'étude. C'est ce qui a permis ensuite la création d'éléments de plus en plus lourds, alors qu'au départ seulement de l'hydrogènehydrogène et de l'héliumhélium étaient présents. Et ces galaxies, contrairement à ce que pensaient les chercheurs, se révèlent être bien plus diversifiées et matures que prévu !

Pour s'en assurer, l'équipe a choisi de répartir chaque galaxie observée selon différents critères, comme « la morphologiemorphologie principale de la galaxie, la classe d'interaction, divers indicateurs structurels et de qualité », détaille l'étude. Pour la morphologie principale, ils les ont réparties comme : disque, sphéroïde, irrégulier/particulier, source ponctuelle/non résolue, ou encore inclassable. Chacune pouvant appartenir à plusieurs catégories, comme montré sur la figure suivante. 

Plusieurs exemples de galaxies, pour plusieurs décalages vers le rouge (z), avec différentes morphologies. © Jeyhan S. Kartaltepe et al.

Dans cette image, seules les galaxies pouvant être classées avec une forme type apparaissent. Reste encore les irrégulières, pouvant correspondre à une fusion entre plusieurs galaxies, ou encore celles inclassables ou non résolues. Il existait donc déjà une multitude de morphologies différentes de galaxies il y a plus de 11 milliards d'années ! « Il y a eu des études antérieures soulignant que nous voyons beaucoup de galaxies avec des disques à décalage vers le rouge élevé, ce qui est vrai, mais dans cette étude, nous voyons également beaucoup de galaxies avec d'autres structures, telles que des sphéroïdes et des formes irrégulières, comme nous le faisons à des décalages vers le rouge inférieurs, a déclaré Jeyhan S. Kartaltepe, premier auteur de l'étude et chercheur au Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS). Cela signifie que même à ces décalages vers le rouge élevés, les galaxies étaient déjà assez évoluées et avaient un large éventail de structures. »

Une différence frappante entre Hubble et James-Webb

L'étude montre aussi une différence frappante entre les galaxies vues par Hubble et les mêmes observées il y a peu par James-Webb : « sur les 850 galaxies utilisées dans l'étude et précédemment identifiées par Hubble, 488 ont été reclassées avec différentes morphologies après avoir été montrées plus en détail avec JWST », indique un communiqué du Rochester Institute of Technology. Et montrant au passage que des détails manquent encore à l'appel. « Cela nous indique que nous ne savons pas encore quand les premières structures de galaxies se sont formées, a signalé Jeyhan S. Kartaltepe. Nous ne voyons pas encore les toutes premières galaxies avec des disques. Nous devrons examiner beaucoup plus de galaxies à des décalages vers le rouge encore plus élevés pour vraiment quantifier à quel moment des caractéristiques comme les disques ont pu se former. »

Cinq galaxies vues par Hubble, puis par James-Webb avec différents filtres. © Keyhan S. Kartaltepe et al.

Des résultats qui seront bientôt étayés par de nouvelles recherches, alors que le programme CEERS a déjà cumulé plus de 60 heures d'observation supplémentaires depuis cette étude. Il vise à identifier les toutes premières galaxies, donc à comprendre comment elles se sont formées, lorsque l'Univers n'était encore constitué que d'hydrogène, d'hélium et de matière noirematière noire. Avec ces nouvelles observations, ce sont potentiellement des milliers d'autres galaxies qui se dévoileront aux astrophysiciensastrophysiciens. De plus, le programme COSMOSCOSMOS-Web sélectionné pour les débuts du James-Webb fournira un encore plus gros échantillon avec plus de 200 heures d'observation dans l'infrarougeinfrarouge proche et moyen. De quoi, cette fois, identifier des dizaines de milliers de galaxies !