James Webb nous fait voyager dans le temps : il observe la formation d’un gigantesque amas de galaxies !

Un prequel, c’est une œuvre — un film, un livre, une série, ou autre — qui raconte les origines d’un personnage ou d’un univers de fiction. Le prequel que nous proposent aujourd’hui de découvrir des astronomes du California Institute of Technology (États-Unis) remonte, lui, tout simplement aux origines de l'Univers. L'Univers bien réel, celui-là, dans lequel nous vivons.

Pour la première fois, le télescope spatial James-Webb (JWST) leur a en effet permis de poser les yeux sur sept drôles de galaxies évoluant dans notre Univers alors qu'il n'était âgé que d’à peine 650 millions d’années. Des galaxies qui — les mesures précises faites grâce au spectrographe proche infrarouge de l’instrument (NIRSpec) le confirment — se déplacent à des vitesses très élevées, de l’ordre de 1 000 kilomètres par seconde et sont liées entre elles constituant ainsi ce que les astronomes appellent un protoamas. Un amas de galaxies en formation.

Les simulations développées par les chercheurs à partir des données spectrales renvoyées par le JWST montrent que l’amas de galaxies naissant a dû augmenter depuis en taille et en masse pour ressembler finalement aujourd’hui à l’amas de la Chevelure de Bérénice — ou amas de Coma. Situé à quelque 300 millions d’années-lumière de la Terre, il comporte plus de 1 000 galaxies.

Les sept galaxies (ici encadrées) observées par des chercheurs du California Institute of Technology (États-Unis) à l’aide du télescope spatial James-Webb (JWST) alors que notre Univers n’avait pas plus de 650 millions d’années font bien partie d’un protoamas de galaxies. © Nasa, ESA, CSA, Takahiro Morishita (IPAC) ; Alyssa Pagan (STScI)

Un rêve qui devient réalité !

Toutefois, même le télescope spatial James-Webb a eu besoin du coup de pouce d’un effet de lentille gravitationnelle — l'effet « grossissant » que la gravité exerce sur la lumière — pour voir aussi loin. Celui exercé par l’amas surnommé amas de Pandore, l’amas Abell 2744, pour les plus connaisseurs. Mais c’est réellement grâce à son pouvoir de résolution exceptionnel dans l’infrarouge — parce que l’expansion de l’Univers étend la lumière au-delà des longueurs d’onde visibles vers ce domaine particulier — que le JWST nous donne aujourd’hui accès à cet incroyable prequel.

Rappelons que les sept galaxies en question avaient été soupçonnées de former un protoamas après qu’elles avaient été identifiées par le programme Frontier Fields du télescope spatial Hubble. Mais l’instrument n’ayant pas accès aux longueurs d’onde au-delà du proche infrarouge, il a fallu attendre la mise en service du télescope spatial James-Webb pour en apprendre plus.

Et qu’en sera-t-il lorsque le futur télescope spatial Nancy Grace Roman (NGR) sera mis sur orbite ? Celui-ci doit être lancé d’ici 2027. Avec la promesse d’une résolution encore meilleure sur un champ d’observation large. Pas moins de 200 fois le champ de vision infrarouge de Hubble en un seul coup. Le NGR devrait donc être en mesure d’identifier bien plus de candidats protoamas que le JWST pourra ensuite traquer pour confirmer leur nature avec ses instruments spectroscopiques.

« C’est incroyable la science que nous pouvons maintenant rêver de faire. Maintenant que nous avons Webb, conclut Tommaso Treu, astronome à l’université de Californie à Los Angeles (États-Unis), dans un communiqué du Space Telescope Science Institute (STScI). Sur ce petit protoamas de sept galaxies, à cette grande distance, nous avons eu un taux de confirmation spectroscopique de 100 %, démontrant le futur potentiel de cartographie de la matière noire et remplissant la chronologie du développement précoce de l’univers. »