Des astronomes découvrent des liens manquants dans l'évolution des galaxies primitives

États-Unis - Agence de presse Ekhbary

Des astronomes découvrent des liens manquants dans l'évolution des galaxies primitives

Dans une quête incessante pour comprendre les origines cosmiques, une équipe internationale d'astronomes a réalisé des progrès significatifs dans le déchiffrage des mystères de l'évolution galactique. En combinant la puissance d'observatoires radio et optiques avancés, les chercheurs ont identifié une population remarquable de galaxies poussiéreuses datant de l'enfance de l'univers. Ces découvertes offrent de nouveaux indices sur la manière dont ces structures cosmiques colossales se sont formées bien plus tôt qu'on ne le pensait. Cette avancée marque une étape cruciale pour combler les lacunes dans notre compréhension de la chronologie cosmique précoce, en particulier les conditions qui ont conduit à l'émergence des premières galaxies.

Les questions fondamentales sur l'évolution des galaxies et leur moment de formation ont longtemps constitué un défi majeur pour les astronomes et les cosmologistes. Le parcours évolutif standard d'une galaxie comprend généralement une phase précoce de formation stellaire intense, suivie d'un âge moyen, puis d'une vieillesse tranquille où la production d'étoiles cesse. Cependant, ce schéma peut être radicalement modifié si une galaxie entre en collision avec une autre, un événement qui stimule de nouvelles vagues de formation d'étoiles. Les preuves suggèrent que tel a été le cas depuis que les étoiles et les galaxies ont commencé à se former, des centaines de millions d'années après le Big Bang.

Cette dernière avancée est attribuée à une équipe dirigée par le Dr Jorge Zavala, spécialiste de l'étude de ces galaxies primitives. Les recherches du Dr Zavala visent à identifier et à comprendre une population de galaxies rares et poussiéreuses, formées d'étoiles, qui n'ont été découvertes qu'à la fin des années 1990. La difficulté d'étudier ces galaxies réside dans la présence de poussière cosmique, qui obstrue la vue directe et absorbe la lumière ultraviolette et visible émise par les jeunes étoiles chaudes. Cette lumière absorbée réchauffe la poussière, qui réémet ensuite l'énergie sous forme de rayonnement infrarouge.

Pour étudier ces objets célestes cachés, Zavala et son équipe se sont tournés vers l'astronomie radio, et plus particulièrement vers le Grand réseau millimétrique d'Atacama (ALMA) au Chili. ALMA est parfaitement calibré pour détecter le rayonnement infrarouge dans des longueurs d'onde spécifiques. Les observations d'ALMA ont révélé environ 400 galaxies lumineuses et poussiéreuses dans l'univers très ancien. L'étape suivante a consisté à pointer le télescope spatial James Webb (JWST) vers une soixantaine de ces galaxies afin de déterminer précisément leur distance et leur âge.

Les résultats indiquent que ces galaxies ont commencé à se former il y a au moins 13 milliards d'années, soit environ 700 000 ans seulement après le Big Bang. Cela les positionne comme des maillons essentiels dans la longue chaîne de formation et d'évolution des galaxies. "Les galaxies poussiéreuses sont des galaxies massives contenant de grandes quantités de métaux et de poussière cosmique", a expliqué le Dr Zavala. "Et ces galaxies sont très anciennes, ce qui signifie que des étoiles se formaient dans l'univers primitif, plus tôt que nos modèles actuels ne le prédisent.".

Les galaxies étudiées par ALMA présentent des nombres extrêmement élevés d'étoiles, certaines atteignant des masses de 10¹⁰ masses solaires. Elles possèdent également des taux de formation stellaire prodigieux, produisant environ 100 masses solaires par an. De plus, les galaxies étudiées par Zavala et ses collègues ont révélé une autre caractéristique unique ; elles semblent être liées à d'autres types rares de galaxies primitives. L'un de ces ensembles comprend des galaxies ultra-lumineuses en formation d'étoiles qui ont intensifié leur production très peu de temps après le Big Bang. Un autre ensemble comprend des galaxies plus anciennes et plus calmes qui ne produisent pas d'étoiles à un rythme significatif.

Les 400 galaxies poussiéreuses examinées par l'équipe de Zavala proviennent d'un programme appelé "ALMA CHAMPS Large Program". Cette initiative est une étude multi-bandes dans le domaine submillimétrique conçue pour observer les galaxies à travers le temps cosmique, jusqu'à l'époque de la réionisation (Epoch of Reionization). Son objectif principal est d'étudier les sources lumineuses et poussiéreuses des premières époques afin de retracer l'évolution des galaxies, en commençant par les plus anciennes. Les observations actuelles, associées aux études du JWST dans le champ COSMOS, suggèrent que la "date de début" de la formation des galaxies est repoussée, se rapprochant du Big Bang plus que jamais. Cependant, des lacunes dans le registre cosmique persistent, rendant des études comme celles-ci essentielles pour découvrir des populations significatives d'étoiles et de galaxies primitives.

Le Dr Zavala et son équipe souhaitent également sonder le lien entre ces galaxies poussiéreuses primitives et les galaxies plus lointaines, émettant dans l'ultraviolet, découvertes par le JWST. Il est très plausible que ces populations – les poussiéreuses, les lumineuses, et une population de galaxies massives et calmes à des distances légèrement plus proches (z=3-5) – soient interconnectées en tant que populations de progéniteurs-descendants, basées sur leur abondance, leur décalage vers le rouge et leur masse stellaire. Naturellement, des observations supplémentaires avec ALMA, JWST et d'autres installations sont impératives pour constituer un échantillon statistiquement significatif de galaxies à étudier et pour prouver définitivement ces relations.

Identifier le calendrier de formation des premières étoiles et galaxies, ainsi que comprendre leurs processus évolutifs, reste l'une des frontières les plus passionnantes de l'étude des galaxies. Chaque nouvel ensemble d'observations nous permet de regarder plus loin dans le temps, vers ce moment charnière où l'univers a commencé. Malheureusement, la période connue sous le nom "d'Âges sombres cosmiques" qui a immédiatement suivi le Big Bang a obscurci notre vision de cette genèse cosmique. Cependant, à mesure que l'univers s'est étendu, la lumière a pu voyager plus librement, initiant l'Époque de la Réionisation. Cette ère, commençant environ cent millions d'années après le Big Bang, nous offre notre premier aperçu cohérent de l'univers primitif et des étoiles et galaxies naissantes qui commençaient à prendre forme.

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