Le Télescope Spatial Webb Illustre La Formation D’étoiles En Rafales Dans L’univers Primitif
Le télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA, équipé d’un miroir de dimensions importantes et capable de détecter les rayonnements infrarouges, est spécialement conçu pour étudier les galaxies apparues aux premiers stades de l’univers, quelques centaines de millions d’années à peine après le big bang.
La période d’observation de Webb, qui s’étend sur un peu plus d’un mois, est en grande partie consacrée à l’étude extragalactique approfondie du JWST, connue sous le nom de JADES. JADES a pour objectif de plonger profondément dans le cosmos afin d’examiner certaines des galaxies les plus éloignées et les moins lumineuses.
Les résultats initiaux du programme ont révélé l’existence de centaines de galaxies nées alors que l’univers avait moins de 600 millions d’années, ainsi que des galaxies ayant connu de multiples épisodes de formation stellaire intense.
Une Formation Stellaire Intense Révélée Dans L’univers Primitif
Le mystère de la naissance des premières étoiles et galaxies reste une quête fondamentale dans le domaine de l’astronomie. Le télescope spatial James Webb de la NASA a déjà commencé à faire la lumière sur cette question en proposant de nouvelles perspectives.
Durant l’année inaugurale d’exploitation scientifique de Webb, le JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, également connu sous le nom de JADES, est l’un des projets les plus importants. Cette initiative de grande envergure consacre environ 32 jours de temps de télescope à la découverte et à la caractérisation de galaxies lointaines et peu lumineuses.
Alors que l’analyse des données est en cours, JADES a déjà fait des découvertes remarquables, révélant la présence de centaines de galaxies qui ont vu le jour lorsque l’univers était plus jeune que 600 millions d’années. En outre, l’équipe de recherche a identifié des galaxies qui brillent par la présence de nombreuses étoiles jeunes et chaudes.
Pour Marcia Rieke, coresponsable du programme JADES à l’université de l’Arizona à Tucson, la multitude de questions auxquelles JADES vise à répondre est impressionnante : Comment les premières galaxies se sont-elles formées et rassemblées ? À quel rythme ont-elles généré des étoiles ? Quels sont les facteurs qui font que certaines galaxies cessent de former des étoiles ?
Une Recherche Sur Les Galaxies
Le chercheur Ryan Endsley, de l’université du Texas à Austin, a mené une étude sur les galaxies qui existaient entre 500 et 850 millions d’années après le big bang.
Considérée comme l’époque de la réionisation, cette période revêt une grande importance. Au cours des centaines de millions d’années qui ont suivi le big bang, l’univers était plongé dans un brouillard gazeux qui le rendait opaque à la lumière de haute énergie.
Toutefois, environ un milliard d’années après le big bang, ce brouillard s’est dissipé et l’univers est devenu transparent, un phénomène appelé réionisation. Ce phénomène est connu sous le nom de “réionisation”. Les scientifiques ont débattu du principal catalyseur de la réionisation, se demandant s’il avait été déclenché par des trous noirs supermassifs actifs ou par des galaxies regorgeant d’étoiles jeunes et chaudes.
Pour le programme JADES, Endsley et l’équipe de recherche ont examiné ces galaxies dans le but d’identifier des indices de formation d’étoiles. Leurs résultats ont révélé une abondance de telles signatures.
Selon Endsley, “pratiquement toutes les galaxies que nous avons découvertes présentent des caractéristiques de raies d’émission remarquablement robustes qui indiquent une formation stellaire récente et vigoureuse. Ces galaxies primitives ont fait montre d’une remarquable capacité à générer des étoiles jeunes et puissantes.”
Le Rôle Des Étoiles Chaudes Et Massives Dans La Réionisation
Ces étoiles lumineuses et massives émettaient de grandes quantités de lumière ultraviolette, transformant efficacement le gaz voisin d’opaque à transparent par le processus d’ionisation, dans lequel les électrons sont arrachés à leurs noyaux atomiques.
Compte tenu de la présence importante de ces étoiles chaudes et massives dans les premières galaxies, elles ont probablement joué un rôle crucial dans le processus de réionisation. La recombinaison ultérieure des électrons et des noyaux a produit des raies d’émission particulièrement intenses.
Par ailleurs, Endsley et ses collègues ont découvert des éléments suggérant que ces jeunes galaxies ont connu des périodes de formation rapide d’étoiles, entrecoupées d’intervalles plus calmes caractérisés par un nombre réduit de formations stellaires.
La formation d’étoiles a pu avoir lieu lorsque les galaxies ont capturé des amas de matières premières gazeuses nécessaires à la formation d’étoiles. De même, en raison de la disparition rapide des étoiles massives, elles ont pu périodiquement injecter de son énergie dans le milieu environnant, empêchant ainsi la condensation du gaz nécessaire à la formation de nouvelles étoiles.
Découvrir Les Secrets De L’univers Primitif
Le programme JADES a également pour objectif d’identifier les galaxies les plus anciennes, apparues lorsque l’univers avait moins de 400 millions d’années. Grâce à l’examen de ces galaxies, les astronomes cherchent à comprendre comment la formation des étoiles différait entre les premiers stades qui ont suivi le big bang et l’époque actuelle.
En raison de l’expansion de l’univers, la lumière émanant de galaxies très éloignées subit un effet d’étirement qui la fait passer à des longueurs d’onde plus grandes et à des teintes plus rouges, un phénomène appelé décalage vers le rouge (redshift). En mesurant le décalage vers le rouge d’une galaxie, les astronomes peuvent déterminer sa distance et, par conséquent, l’époque à laquelle elle existait dans l’univers primitif.
Avant l’avènement du télescope spatial James Webb (Webb), seul un nombre limité de galaxies avaient été observées avec un décalage vers le rouge supérieur à 8, ce qui correspond à une époque où l’univers était plus jeune que 650 millions d’années. Cependant, l’initiative JADES a maintenant mis au jour près d’un millier de ces galaxies remarquablement éloignées.
Évaluation Du Décalage Vers Le Rouge À L’aide De L’image Du Filtre
La principale méthode pour déterminer le décalage vers le rouge, un facteur crucial pour comprendre la nature des galaxies, consiste à analyser le spectre d’une galaxie, qui quantifie sa luminosité sur une gamme de longueurs d’onde très proches les unes des autres. Toutefois, une approximation raisonnable peut être obtenue en capturant des images d’une galaxie à l’aide de filtres qui couvrent des bandes de couleurs étroites et spécifiques, ce qui permet de mesurer la luminosité de quelques galaxies. Grâce à cette approche, les chercheurs peuvent estimer les distances de milliers de galaxies simultanément.
Pour obtenir ces mesures, connues sous le nom de décalages vers le rouge photométriques, Kevin Hainline et ses collègues de l’université de l’Arizona à Tucson ont utilisé l’instrument NIRCam (Near-Infrared Camera) de la sonde Webb.
Leurs analyses ont permis d’identifier plus de 700 galaxies potentielles qui existaient lorsque l’univers avait entre 370 et 650 millions d’années. L’abondance de ces galaxies dépasse les prévisions faites avant le lancement de Webb. La résolution et la sensibilité exceptionnelles de l’observatoire permettent aux astronomes d’obtenir une vue plus claire que jamais de ces galaxies lointaines.
Avancées Dans La Détermination Du Décalage Vers Le Rouge Et Dans La Découverte Des Galaxies Lointaines
M. Hainline souligne l’importance de ces résultats : “Auparavant, les premières galaxies que nous pouvions observer apparaissaient comme de simples taches indistinctes. Or, ces taches représentent des millions, voire des milliards d’étoiles à l’aube de l’univers. Aujourd’hui, nous pouvons constater que certaines de ces galaxies présentent des structures visibles et des formes étendues. Nous pouvons assister à la formation d’amas stellaires quelques centaines de millions d’années seulement après la naissance du temps”.
Selon M. Rieke, “nous découvrons que la formation d’étoiles dans l’univers primitif est beaucoup plus complexe que nous ne le pensions auparavant”. Ces résultats sont présentés lors de la 242e réunion de la Société américaine d’astronomie, qui se tient à Albuquerque, au Nouveau-Mexique.
Observatoire spatial de premier plan au niveau mondial, le télescope spatial James Webb est prêt à percer les mystères de notre système solaire, à explorer les exoplanètes lointaines en orbite autour d’autres étoiles et à plonger dans les structures et les origines énigmatiques de notre univers, afin de mieux comprendre notre existence dans le monde. Le satellite Webb est le fruit d’une collaboration internationale dirigée par la NASA, en partenariat avec l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’ASC (Agence spatiale canadienne).
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