Le télescope spatial James Webb effectue la première détection de poussière de carbone de type diamant dans les premières étoiles de l’univers
Le télescope spatial James Webb a détecté la plus ancienne poussière de carbone connue dans une galaxie.
À l’aide du puissant télescope spatial, une équipe d’astronomes a repéré des signes de l’élément qui forme l’épine dorsale de toute vie dans dix galaxies différentes qui existaient déjà 1 milliard d’années après le Big Bang.
La détection de poussière de carbone si peu de temps après le Big Bang pourrait bousculer les théories entourant l’évolution chimique de l’univers. En effet, les processus qui créent et dispersent des éléments plus lourds comme celui-ci devraient prendre plus de temps à s’accumuler dans les galaxies que l’âge de ces jeunes galaxies au moment où le télescope spatial James Webb (JWST) les voit.
« La découverte surprenante ici est que nous pouvons directement voir et apprendre les propriétés de ces grains de poussière à un moment aussi précoce, et nous pouvons dire qu’ils sont à base de carbone », a déclaré Joris Witstok, auteur principal de la recherche et scientifique de l’Université de Cambridge. .com. « C’est assez surprenant dans le contexte de ce que nous attendions auparavant. »
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L’équipe a repéré cette poussière de carbone dans cet échantillon de dix galaxies en examinant leur spectre lumineux dans le cadre du JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). De telles détections sont possibles car les éléments absorbent et émettent de la lumière à des longueurs d’onde caractéristiques, ce qui signifie qu’ils laissent leurs « empreintes digitales » dans la lumière provenant de sources telles que les galaxies et les étoiles.
La poussière d’hydrocarbures aromatiques a été libérée par une « bosse » dans l’absorption de fréquences ultraviolettes spécifiques de la lumière.
La question est, comment ces jeunes galaxies se sont-elles enrichies en carbone si rapidement ?
Un stratagème cosmique « devenez riche rapidement » ?
L’univers primitif était composé principalement d’hydrogène et d’hélium avec de minuscules traces de certains éléments plus lourds, ce qui signifie que les premières étoiles et galaxies devraient avoir la même composition de ces seuls éléments légers.
Les modèles conventionnels de l’évolution chimique de l’univers suggèrent que des éléments lourds comme le carbone et l’oxygène sont forgés dans les fours nucléaires au cœur des étoiles. Lorsque les premières étoiles ont manqué de combustible pour la fusion nucléaire et ont atteint la fin de leur vie, elles ont explosé en supernovas dispersant le matériau qu’elles avaient forgé à travers le cosmos. Cette matière stellaire est intégrée dans la poussière interstellaire.
Lorsque des plaques denses de cette poussière s’effondrent, ce matériau devient les éléments constitutifs de la prochaine génération d’étoiles, qui sont ainsi plus riches en éléments lourds et siègent dans des galaxies enrichies de la même manière.
Ceci est remis en question par les découvertes de Witstok et de ses collègues, car certaines des galaxies dans lesquelles ils ont vu de la poussière de HAP sont estimées avoir quelque part dans la région de 10 millions d’années. Cela implique qu’il doit y avoir une méthode de création et de dispersion du carbone qui fonctionne sur une échelle de temps relativement courte.
Les résultats illustrent le type de science qui n’aurait pas été possible avant le JWST, qui a commencé à observer l’univers et à fournir des données et des images en juillet 2022.
Les longueurs d’onde de la lumière émise par les premières galaxies sont étirées par l’expansion de l’univers alors qu’il voyage à travers des milliards d’années-lumière, mettant ainsi des milliards d’années pour nous atteindre. Il en résulte que la lumière ultraviolette des galaxies est déplacée vers le bas du spectre électromagnétique, un processus appelé « décalage vers le rouge ». Plus la galaxie est éloignée, et donc plus ancienne, plus le décalage vers le rouge est extrême, ce qui signifie que la lumière des toutes premières galaxies est étendue aux longueurs d’onde infrarouges. La lumière de ces galaxies traverse le cosmos depuis 12,8 milliards d’années et est maintenant de la lumière infrarouge.
Le JWST est le télescope spatial infrarouge le plus sensible jamais placé dans l’espace et le seul capable de résoudre des caractéristiques telles que ces empreintes digitales de carbone dans la lumière de galaxies aussi éloignées.
Concernant l’avenir de cette recherche, Witstok a expliqué qu’il y a deux voies possibles à explorer.
« Tout d’abord, du côté observationnel, le JWST collecte plus de données, afin que nous puissions examiner de plus grands échantillons de galaxies et voir si nous pouvons apprendre quelque chose reliant cette empreinte carbone aux propriétés spécifiques des galaxies », a-t-il déclaré.
Sur le plan théorique, Witstok a déclaré que les scientifiques pourraient maintenant commencer à réfléchir aux objets et événements astrophysiques qui pourraient produire des grains de carbone HAP à court terme. « Il reste encore beaucoup de travail à faire », a-t-il conclu.
Les recherches de l’équipe ont été publiées le 19 juillet dans la revue Nature.