En analysant un vaste échantillon de 2 000 sources issues des relevés du télescope spatial James Webb (JWST), des astronomes ont repéré des galaxies si étranges qu’ils les ont surnommées « galaxies ornithorynques ». À l’instar des ornithorynques, leurs caractéristiques ne correspondraient à aucune classification connue et donneraient lieu, à elles seules, à une nouvelle catégorie d’objets cosmiques. Cette découverte pourrait remettre en question certains aspects de notre compréhension de la manière dont les galaxies se forment.
Les astronomes s’appuient principalement sur les données spectrales pour identifier la nature des objets cosmiques éloignés. Celles-ci fournissent notamment plus d’informations qu’une simple image, allant de la structure de l’objet à sa composition. Les sources ponctuelles (ou les points lumineux) éloignées, observées dans les relevés d’imagerie des télescopes, sont généralement des galaxies, tandis qu’une petite fraction sont des quasars. Si ces derniers apparaissent comme des sources ponctuelles, c’est uniquement parce que la forte émission de rayonnements de leurs disques d’accrétion éclipse la lumière de leurs galaxies hôtes.
Cependant, à l’occasion de la 247e réunion de l’American Astronomical Society à Phoenix, la semaine dernière, des astronomes de l’Université du Missouri ont présenté neuf galaxies qui ne correspondent à aucune de ces classifications. Surnommées « galaxies ornithorynques », elles ne seraient ni des quasars, ni des galaxies standards abritant des trous noirs supermassifs en leur centre.
« Il semble que nous ayons identifié une population de galaxies que nous ne pouvons pas catégoriser, tant elles sont étranges. D’une part, elles apparaissent, en imagerie, extrêmement petites et compactes, à la manière d’une source ponctuelle, et d’autre part, nous n’observons pas les caractéristiques d’un quasar, un trou noir supermassif actif, qui est la nature de la plupart des sources ponctuelles distantes », explique, dans un communiqué de la NASA, Haojing Yan, astronome à l’Université du Missouri qui a dirigé l’équipe.
« J’ai observé ces caractéristiques et je me suis dit : c’est comme regarder un ornithorynque. On se dit que ces choses ne devraient pas exister ensemble, mais elles sont là, juste devant vous, et c’est indéniable », ajoute-t-il.
Des galaxies à formation d’étoiles primitives ?
L’équipe de Yan a ratissé un échantillon de 2 000 sources provenant de plusieurs relevés du JWST pour repérer les neuf galaxies et analyser leurs spectres. « À l’instar des spectres, le code génétique détaillé de l’ornithorynque fournit des informations supplémentaires qui révèlent à quel point cet animal est exceptionnel, partageant des caractéristiques génétiques avec les oiseaux, les reptiles et les mammifères. Ensemble, les images et les spectres du télescope Webb nous indiquent que ces galaxies présentent une combinaison de caractéristiques inattendue », explique l’expert.
Les données spectrométriques détaillées dans l’étude prépubliée sur arXiv indiquent que les objets datent d’il y a 12 à 12,6 milliards d’années (contre 13,8 milliards d’années pour l’Univers). Les chercheurs ont également constaté qu’ils sont trop éloignés pour être des étoiles de notre galaxie mais trop peu lumineux pour être des quasars. Si leurs spectres ressemblent à ceux des galaxies dites « en pois vert », qui sont moins lointaines et découvertes en 2009, ils sont nettement plus compacts.
Ce graphique illustre le pic étroit et prononcé des spectres qui a attiré l’attention des chercheurs dans un petit échantillon de galaxies, représenté ici par la galaxie CEERS 4233-42232. Typiquement, les sources lumineuses ponctuelles distantes sont des quasars, mais les spectres des quasars ont une forme beaucoup plus large. © NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)D’autre part, pour les quasars, les pics de leurs raies d’émission spectrales caractéristiques sont semblables à des collines avec une base large et une pente douce. Cette structure indique la vitesse élevée à laquelle le gaz se déplace dans le disque d’accrétion autour de leur trou noir supermassif. En revanche, les pics des galaxies ornithorynques sont étroits et avec une pente raide, ce qui indiquerait un mouvement de gaz plus lent.
Des galaxies avec des pics de spectre étroits abritant des trous noirs supermassifs actifs ont été identifiées, mais celles du nouvel échantillon ne présentent pas de caractère ponctuel comparable à celui des quasars. Autrement dit, malgré leur compacité observée, elles ne se confondent pas avec de simples points sur les images, comme c’est généralement le cas pour la plupart des quasars lointains.
Une hypothèse plausible serait qu’il s’agisse de galaxies à formation d’étoiles et que le JWST est optimisé pour les observer spécifiquement. « D’après les spectres à faible résolution dont nous disposons, nous ne pouvons pas exclure la possibilité que ces neuf objets soient des galaxies à formation d’étoiles. Ces données concordent », a déclaré Bangzheng Sun, doctorant et chercheur à l’Université du Missouri et co-auteur de l’étude.
Toutefois, « ce qui est étrange, c’est que ces galaxies soient si petites et compactes, alors même que le télescope Webb possède un pouvoir de résolution suffisant pour nous révéler de nombreux détails à cette distance », précise-t-il. Autrement dit, même l’hypothèse de galaxies à formation d’étoiles manque de correspondances.
L’autre théorie avancée par l’équipe est qu’il s’agisse d’un stade de formation et d’évolution galactique plus précoce que tout ce que nous avons observé jusqu’ici. Il est largement admis que les grandes galaxies massives, telles que la Voie lactée, se sont formées par le biais de la fusion de plusieurs galaxies plus petites. Le stade des galaxies ornithorynques pourrait être antérieur à ces petites galaxies. Les chercheurs indiquent qu’un échantillon beaucoup plus important et des analyses plus étendues seront nécessaires pour trancher la question.
