Le télescope spatial James Webb confirme que la « galaxie de Maisie » est l’une des premières jamais observées
Même si elle ne ressemble peut-être pas à grand-chose sur les images, apparaissant comme une simple goutte de lumière orange brillante, la galaxie de Maisie montre qu’en matière d’espace, les apparences peuvent être trompeuses.
En tant que l’un des premiers objets capturés par le puissant télescope spatial James Webb à l’été 2022, cette simple tache représente l’aube d’une nouvelle ère pour l’astronomie en raison de son ancienneté.
Et maintenant, les scientifiques ont officiellement confirmé quel âge avait précisément l’univers au moment où nous voyons la galaxie de Maisie, concluant que ce royaume est en effet l’un des premiers jamais découverts. Les observations de l’équipe ont montré que la galaxie de Maisie existait lorsque l’univers, vieux de 13,8 milliards d’années, n’avait qu’environ 390 millions d’années, ce qui est incroyablement jeune pour notre étendue cosmique.
Cela en fait l’une des quatre premières galaxies jamais vues par l’œil humain.
« Cette galaxie existe à une époque suffisamment précoce dans l’univers pour que nous ne puissions vraiment pas la voir sans JWST », a déclaré Steven Finkelstein, astronome à l’Université du Texas à Austin et chercheur principal du Cosmic Evolution Early Release Science Survey ( CEERS), a déclaré à Space.com. « C’était la frontière inconnue où nous ne savions vraiment pas comment les galaxies se formaient ni à quoi elles ressemblaient jusqu’à ce que nous allions les chercher avec le JWST. Et lorsque les premières données sont arrivées l’été dernier, la galaxie de Maisie était l’une des premières. galaxies qui ont été identifiées à des époques si anciennes.
Et une galaxie importante mérite un nom spécial.
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Avec d’autres galaxies repérées par le JWST possédant des surnoms plutôt secs et formels, tels que CEERS 1019, CEERS 2782 et CEERS 746, la galaxie de Maisie se démarque clairement un peu.
La première galaxie tire en fait son nom de la fille de Finkelstein, qui a dix ans cette année. Cela signifie que la jeune Maisie rejoint une liste de sommités telles que l’astronome suisse Fritz Zwicky, l’astronome français Édouard Jean-Marie Stephan et l’astronome américain Carl Keenan Seyfert, qui ont tous donné leur nom à des galaxies. Cependant, aucun de ces scientifiques influents n’a réussi un exploit aussi prometteur à l’âge de neuf ans, contrairement à Maisie.
« Nous avons trouvé la galaxie dans les données JWST le jour du neuvième anniversaire de ma fille. Le nom de ma fille est Maisie, et elle m’a demandé de donner son nom à une galaxie, et je lui ai dit que nous n’étions pas vraiment autorisés à le faire. Mais parce que nous Je l’ai trouvé le jour de son anniversaire, j’ai juste commencé à l’appeler la galaxie de Maisie », a expliqué Finkelstein. « Quand est venu le temps d’écrire l’article, et que nous débattions sur comment appeler la galaxie parce que nous l’avions déjà appelée ainsi, les gens ont suggéré de simplement y mettre ‘la galaxie de Maisie’ et de voir ce qui se passait. Nous avons réussi à l’obtenir. et publié sous ce nom. »
Et Maisie elle-même ne pourrait pas être plus heureuse de partager un nom avec une galaxie aussi importante, selon son père.
Mais s’il est peu probable que Finkelstein se trompe sur l’âge de sa fille, les galaxies du premier univers sont un peu plus difficiles à déterminer. Cela signifie que confirmer l’âge de l’univers au moment où le JWST a vu la propre galaxie de Maisie a nécessité une enquête minutieuse.
Voir rouge : comment les astronomes ont confirmé l’âge de la galaxie de Maisie
Pour déterminer la distance d’une galaxie, la durée du voyage de sa lumière jusqu’à nous et donc la période dans laquelle se trouvait l’univers au moment où nous l’avons observé, les astronomes utilisent une mesure appelée « redshift ».
Différentes longueurs d’onde de lumière correspondent à différentes couleurs ; ainsi, dans le spectre visible, la lumière basse fréquence à longueur d’onde longue est rouge tandis que la lumière haute fréquence à longueur d’onde courte est bleue.
Alors que la lumière traverse l’univers jusqu’à nous à partir d’une source lointaine, telle qu’une galaxie primitive, l’expansion du cosmos éloigne simultanément cette source de nous. Ceci, à son tour, entraîne l’étirement des longueurs d’onde de la lumière émise par la source, ce qui leur fait perdre de l’énergie et changer de fréquence. En d’autres termes, une lumière autrefois bleutée, à haute fréquence et à courte longueur d’onde, se transforme progressivement en une lumière rougeâtre, à basse fréquence et à longue longueur d’onde.
Les astronomes appellent ce changement « redshift » car la lumière est essentiellement « décalée » vers l’extrémité rouge du spectre électromagnétique. Finalement, cette lumière peut même pénétrer dans les eaux infrarouges. La lumière infrarouge est pratiquement invisible à l’œil humain.
Plus la lumière cosmique voyage depuis longtemps, plus le redshift est extrême. Dans le cas des premières galaxies comme celle de Maisie, la lumière a voyagé pendant environ 10 milliards d’années avant d’atteindre les miroirs du JWST. En conséquence, la lumière qui aurait pu quitter la galaxie de Maisie en tant que partie de la région visible du spectre électromagnétique a été déplacée vers la section infrarouge avant d’atteindre l’observatoire spatial.
Mais c’est exactement pourquoi le JWST est un outil si remarquable pour rechercher des objets dans l’univers primitif.
Lancé le jour de Noël 2021, le puissant télescope spatial est capable de voir la lumière infrarouge à grande longueur d’onde. En fait, Finkelstein est clair sur le fait que la découverte de la galaxie de Maisie n’aurait pas été possible avant le mandat du JWST.
« Nous ne pouvions vraiment pas le voir avant le JWST », a-t-il expliqué. « Le télescope spatial Hubble n’était pas assez grand et, plus important encore, il ne couvrait pas les longueurs d’onde « suffisamment rouges » pour voir une galaxie aussi lointaine et fortement décalée vers le rouge. »
Les premières estimations du redshift, et donc de l’âge, de la galaxie de Maisie étaient basées sur la photométrie, qui fonctionne en analysant la luminosité des images tout en utilisant un petit nombre de filtres à large fréquence. Ces calculs suggèrent que la galaxie avait un redshift de 11,8. Mais Finkelstein et l’équipe du CEERS souhaitaient une estimation plus précise de l’âge.
Pour ce faire, ils ont effectué des observations de suivi avec le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) du JWST. Cela a permis à Finkelstein et à ses collègues d’examiner les raies spectrales créées dans les données lumineuses, dictées par les absorptions et les émissions d’éléments chimiques à des longueurs d’onde spécifiques. À partir de là, ils pourraient identifier le véritable redshift de la galaxie de Maisie. Il semblait que ce soit 11.4.
Cela signifie que la galaxie de Maisie est techniquement observée plus récemment dans l’univers qu’on ne l’avait initialement estimé, d’un facteur de plusieurs dizaines de millions d’années. Néanmoins, il est toujours considéré comme extrêmement ancien. Le JWST a capturé la galaxie telle qu’elle était, 390 millions d’années seulement après le Big Bang.
À quoi ressemblait l’univers lorsque la galaxie de Maisie est vue ?
Finkelstein a expliqué que la galaxie de Maisie se distinguerait des galaxies de l’univers actuel, y compris la Voie lactée, car elle est beaucoup plus petite. Cette taille est due à l’état dense dans lequel se trouvait l’univers à cette époque de l’histoire cosmique.
« L’univers était très actif lorsque la galaxie de Maisie a été observée car elle était beaucoup plus petite qu’elle ne l’était aujourd’hui. Tout était donc écrasé dans un volume beaucoup plus petit », a déclaré Finkelstein. « De plus, les galaxies étaient alors plus proches les unes des autres et fusionnaient beaucoup plus fréquemment. Parce que l’univers n’avait qu’environ 400 millions d’années à cette époque, essentiellement, toutes les étoiles qui l’entourent sont jeunes, donc il y avait beaucoup plus d’étoiles plus brillantes et plus bleues. alors que ce que nous voyons dans les galaxies aujourd’hui.
La galaxie de Maisie se distingue également de la plupart des galaxies « modernes » dans le sens où, au moment où nous l’observons, elle semble donner naissance rapidement à de jeunes étoiles bleues. Elle a été capturée au cours d’une période de l’existence d’une galaxie que les astronomes appellent « explosion d’étoiles ».
Parce que ses jeunes étoiles sont brillantes et bleues, cela signifie (un peu ironiquement) que cette galaxie fortement décalée vers le rouge est en réalité beaucoup plus « bleue » que ce à quoi les astronomes s’attendaient.
« Il existe aujourd’hui de petites galaxies, mais la galaxie de Maisie forme des étoiles à un rythme beaucoup plus rapide. Et elle est beaucoup plus compacte », a déclaré Finkelstein. « C’est vraiment comme une boule d’étoiles bleue et compacte. »
Ce bleu indique également à l’équipe Maisie que la galaxie de Maisie est pauvre en éléments lourds et a une composition primordiale principalement composée d’hydrogène et d’hélium. La galaxie de Maisie est également beaucoup plus brillante que ce à quoi les astronomes s’attendaient pour une galaxie ancienne, une caractéristique que l’on retrouve également dans d’autres galaxies anciennes observées avec le JWST.
« La galaxie de Maisie nous a donné le premier indice selon lequel les premières galaxies sont un peu plus brillantes que prévu, ce qui les rend plus faciles à trouver », a déclaré Finkelstein. « Notre idée sur la façon dont les étoiles se forment au début de l’univers pourrait nécessiter un peu de révision. Il est possible que les galaxies formaient des étoiles plus efficacement que nous le pensions. Peut-être qu’elles produisent simplement des étoiles à un rythme plus élevé, ce qui crée des galaxies. plus lumineux et plus facile à voir.
Finkelstein va maintenant continuer à examiner la galaxie de Maise avec l’instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) du JWST, en approfondissant le spectre lumineux du royaume pour tenter de découvrir à quel point elle est riche en éléments lourds et de comprendre si elle héberge des grains de poussière interstellaire.
« La galaxie de Maisie nous donne certainement un bon exemple de ce qu’est une galaxie du premier univers, et parce qu’elle est assez brillante, nous pouvons l’étudier assez facilement, et nous pouvons mesurer beaucoup de choses à son sujet comme sa masse stellaire, sa forme et la quantité d’éléments lourds qu’il contient », a conclu Finkelstein. « En fin de compte, c’est l’une des nombreuses galaxies que nous pouvons utiliser pour en apprendre davantage sur les débuts de l’univers. »
Un article sur cette étude a été publié le 14 août dans la revue Nature.