Six galaxies massives découvertes dans l’univers primitif bouleversent ce que les scientifiques avaient précédemment compris concernant les origines des galaxies. Remontant à moins de 600 millions d’années du Big Bang, elles sont si massives qu’elles ne devraient pas exister, selon les théories cosmologiques actuelles. Mais la présence de ces « briseurs d’univers » suggère que l’univers primitif a peut-être subi une accélération stellaire qui a produit ces mastodontes.
James Webb, lancé en décembre 2021, est le télescope le plus puissant jamais envoyé dans l’espace. Contrairement à Hubble, Webb peut scruter à travers les nuages de poussière grâce à sa vision infrarouge et découvrir des galaxies inédites. Les scientifiques espèrent à terme observer les premières étoiles et galaxies formées suite à la création de l’univers il y a 13,8 milliards d’années.
Il a déjà permis d’obtenir l’image la plus profonde de l’Univers à ce jour. De plus, l’année dernière, une équipe de scientifiques a repéré plusieurs galaxies qui ont probablement fusionné à partir de gaz environ 350 millions d’années après le Big Bang.
Mais récemment, une équipe internationale de chercheurs a découvert six galaxies dans les images de Webb. Elles semblent incroyablement grandes et les étoiles trop vieilles pour nos théories actuelles. Chacune des galaxies pourrait avoir existé à l’aube de l’univers, environ 500 à 700 millions d’années après le Big Bang, soit il y a plus de 13 milliards d’années. Elles sont également gigantesques, contenant presque autant d’étoiles que la Voie lactée.
Ces découvertes sont donc en conflit avec les théories et idées existantes concernant l’apparence et l’évolution de l’univers dans ses premières années, et ne correspondent pas aux observations antérieures faites par Hubble. Les travaux de l’équipe sont publiés dans la revue Nature.
Des points flous intrigants
En 2022, l’équipe, composée d’Erica Nelson, co-auteure de l’étude et professeure adjointe d’astrophysique à CU Boulder, et ses collègues, originaires des États-Unis, d’Australie, du Danemark et d’Espagne, ont formé une équipe ad hoc pour enquêter sur les données brutes que James Webb renvoyait sur Terre.
Leurs découvertes récentes découlent de l’enquête Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) du télescope. Ces images plongent profondément dans une parcelle de ciel proche de la Grande Ourse, une région de l’espace relativement « ennuyeuse » selon les experts, que le télescope spatial Hubble a observée pour la première fois dans les années 1990.
C’est ainsi qu’en regardant une section de la taille d’un timbre-poste d’une image issue du premier ensemble de données publié par James Webb, Nelson a repéré six « points flous » de lumière qui semblaient bien trop brillants pour être réels.
Elle déclare dans un communiqué : « Ils étaient si rouges et si brillants. Nous ne nous attendions pas à les voir ». Elle explique qu’en astronomie, la lumière rouge équivaut généralement à la « lumière ancienne ». Comme l’univers est en expansion, les galaxies et autres objets célestes s’éloignent les uns des autres et la lumière qu’ils émettent s’étire. Plus la lumière s’étire, plus elle apparaît rouge aux instruments. La lumière des objets se rapprochant de la Terre, en revanche, semble plus bleue.
L’équipe a effectué des calculs et découvert que les six anciennes galaxies, cachées dans ces points flous, étaient énormes, abritant des dizaines voire des centaines de milliards d’étoiles de la taille du Soleil, à égalité avec la Voie lactée.
Néanmoins, ces galaxies primordiales n’ont probablement pas grand-chose en commun avec les nôtres. Nelson souligne : « La Voie lactée forme environ une à deux nouvelles étoiles chaque année. Certaines de ces nouvelles galaxies potentielles devraient former des centaines de nouvelles étoiles par an durant toute l’histoire de l’univers », compte tenu de leur âge et de la proximité du Big Bang. Elles pourraient renfermer quelques secrets sur la formation et l’évolution de l’Univers et de notre galaxie.
Révolution cosmologique par des « briseurs d’univers »
Joel Leja, professeur adjoint d’astronomie et d’astrophysique à Penn State, qui a traité/modélisé la lumière de ces galaxies, déclare dans un second communiqué : « Bien que les données indiquent qu’il s’agit probablement de galaxies, je pense qu’il existe une possibilité réelle que quelques-uns de ces objets se révèlent être des trous noirs supermassifs obscurcis ».
Elle précise : « Quoi qu’il en soit, la quantité de masse que nous avons découverte signifie que la masse connue des étoiles à cette période de notre univers est jusqu’à 100 fois supérieure à ce que nous pensions auparavant. Même si nous réduisons l’échantillon de moitié, cela reste un changement étonnant ».
Les galaxies découvertes par l’équipe sont si massives qu’elles sont en tension avec 99% des modèles de cosmologie. En effet, les calculs suggèrent qu’il ne peut pas y avoir eu suffisamment de matière ordinaire — celle qui compose les planètes — à cette époque pour former autant d’étoiles aussi rapidement.
La prise en compte d’une masse aussi élevée nécessiterait soit de modifier les modèles de cosmologie, soit de réviser la compréhension scientifique de la formation des galaxies dans l’univers primitif — à savoir que les galaxies ont commencé comme de petits nuages d’étoiles et de poussière qui ont progressivement grossi. L’un ou l’autre des scénarii nécessite un changement fondamental dans notre compréhension de la création de l’univers. C’est pourquoi l’équipe a nommé ces six galaxies des « briseurs d’univers ».
Leja a expliqué qu’une façon de confirmer la découverte de l’équipe, et d’atténuer les inquiétudes restantes, serait de prendre une image du spectre des galaxies massives. Cela fournirait à l’équipe des données sur les vraies distances, ainsi que sur les gaz et autres éléments qui composaient les galaxies. L’équipe pourrait ensuite utiliser les données pour modéliser une image plus claire de ce à quoi ressemblaient les galaxies et de leur masse réelle.
Leja conclut : « Un spectre nous dira immédiatement si ces choses sont réelles ou non. [Mais si une seule de ces galaxies est réelle] nous aurons trouvé quelque chose que nous n’aurions jamais pensé demander à l’univers ». Nelson ajoute : « Même si nous avons déjà appris notre leçon de Hubble, nous ne nous attendions pas à ce que James Webb contemple des galaxies aussi matures, exister si loin dans le temps ».
Une galaxie est une grande structure cosmique composée d'un
assemblage d'étoiles, de gaz et de poussières. Il en existe
plusieurs types, classés selon leur masse et leur morphologie,
formées à différentes... [...]