Quand il s'agit de créer de nouvelles étoiles, la fête est presque terminée dans l'univers d'aujourd'hui. En réalité, c'est presque fini depuis des milliards d'années. Notre Voie Lactée continue de former l'équivalent d'un Soleil chaque année. Mais dans le passé, ce taux était jusqu'à 100 fois plus élevé. Donc, si nous voulons vraiment comprendre comment des étoiles comme notre Soleil se sont formées dans l'univers, nous devons regarder des milliards d'années dans le passé.

En utilisant le télescope spatial James Webb de la NASA comme une sorte de machine à remonter le temps, une équipe de chercheurs a l'intention de faire exactement cela. Dirigé par la chercheuse principale Jane Rigby du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et co-chercheur principal Joaquin Vieira de l'Université de l'Illinois, champagne, l'équipe profitera du naturel, télescopes cosmiques appelés lentilles gravitationnelles. Ces grands objets célestes amplifieront la lumière des galaxies lointaines qui sont au niveau ou près du pic de formation des étoiles.

Le phénomène de lentille gravitationnelle se produit lorsqu'une énorme quantité de matière, comme une galaxie massive ou un amas de galaxies, crée un champ gravitationnel qui déforme et amplifie la lumière des objets situés derrière, mais dans la même ligne de mire. L'effet permet aux chercheurs d'étudier les détails des premières galaxies trop éloignées pour être vues autrement avec même les télescopes spatiaux les plus puissants.

"Nous étudions quatre galaxies qui apparaissent beaucoup, beaucoup plus lumineux qu'ils ne le sont en réalité, car ils ont été fortement agrandis jusqu'à 50 fois. Nous utiliserons des lentilles gravitationnelles pour étudier comment ces galaxies forment leurs étoiles, et comment cette formation d'étoiles est distribuée à travers les galaxies, " expliqua Rigby.

"Ce qui est bien avec l'utilisation de sources optiques, c'est que c'est comme une loupe cosmique, où s'étend la galaxie, donc il améliore la résolution de votre télescope, " dit Vieira.

Le programme s'appelle Targeting Extremely Magnified Panchromatic Lensed Arcs and Their Extended Star Formation, ou MODÈLES. Bien que TEMPLATES soit un acronyme, sa signification va plus loin. Le mot "modèle" fait référence à quelque chose utilisé comme modèle, mouler, ou un guide pour la conception ou la construction d'articles similaires. "Nous voulons que ces quatre cibles soient incroyablement bien étudiées, et d'avoir de très bonnes données, afin que d'autres chercheurs Webb puissent les utiliser comme modèles, ou de bons exemples, lorsqu'ils s'efforcent de comprendre les données d'un grand nombre de galaxies beaucoup plus faibles, " dit Rigby.

L'une des principales raisons pour lesquelles ces quatre galaxies ont été choisies est qu'elles sont très brillantes, les rendant faciles à étudier. "Toutes ces galaxies forment des étoiles comme des fous, " dit Vieira.

Ces cibles représentent également une grande partie de la variété des galaxies de l'univers en termes de poussière, comme ils sont brillants, et combien d'étoiles ils ont déjà fait. Les astronomes qualifient les galaxies de « poussières » lorsque leurs images sont sombres, des taches souvent floues provenant de la poussière de la galaxie bloquant la lumière des étoiles.

Deux des galaxies sont très poussiéreuses, et deux d'entre eux ne sont pas poussiéreux du tout. Les deux galaxies poussiéreuses sont chacune lentilles par une autre, seule galaxie. Les deux galaxies peu poussiéreuses sont lentilles par des amas de galaxies.

De galaxies très poussiéreuses, les scientifiques ont une image de la façon dont les galaxies ont évolué. À partir de relevés de galaxies non poussiéreuses, ils ont une image différente. Ces images ne correspondent pas toujours. Webb devrait fournir une histoire plus complète de la formation des étoiles car il a la sensibilité pour voir la lumière de la poussière chauffée par les jeunes étoiles - même dans les galaxies qui n'ont pas beaucoup de poussière - ainsi que la sensibilité pour voir la lumière visible même des galaxies poussiéreuses.

L'équipe TEMPLATES utilisera trois des quatre instruments à bord de Webb, ainsi que de nombreux filtres et réglages du télescope, pour obtenir autant de données que possible sur ces galaxies. En plus de prendre des photos, l'équipe utilisera la spectroscopie, une technique qui révélera la composition chimique des galaxies, comment le gaz se déplace, et à quel point ce gaz est dense et chaud.

Webb permettra à l'équipe de faire ces mesures dans chaque galaxie. "C'est comme une dissection, " expliqua Rigby. " Nous allons séparer chaque morceau de la galaxie, plutôt que d'obtenir simplement une mesure moyenne."

Percer les mystères de la formation des étoiles

L'équipe TEMPLATES a quatre objectifs principaux :

1. Mesurez combien de nouvelles étoiles se forment, pour déterminer à quelle vitesse les galaxies forment des étoiles. En effectuant différents types de mesures des taux de formation d'étoiles pour les quatre galaxies, l'équipe prévoit de voir dans quelle mesure ils sont d'accord ou en désaccord. Par des recoupements, l'équipe déterminera si oui ou non ces galaxies sont en pleine formation d'étoiles, ou s'ils forment juste une étoile de temps en temps.
2. Cartographiez le taux de formation d'étoiles dans ces galaxies. Les scientifiques ne savent pas grand-chose sur l'endroit où les étoiles se forment dans les galaxies pendant la majeure partie du temps cosmique. Cartographier la formation d'étoiles dans les galaxies de l'univers proche est relativement facile, mais c'est beaucoup plus difficile pour les galaxies lointaines. En regardant à travers la plupart du temps cosmique, les galaxies lointaines apparaissent toutes très petites dans le ciel et les caractéristiques individuelles ne peuvent pas être résolues. Donc, les scientifiques n'ont pas une bonne compréhension de l'endroit où les étoiles se sont formées dans les galaxies de l'univers primitif.
3. Comparez les populations stellaires jeunes et âgées. Les scientifiques mesureront les étoiles plus anciennes, des étoiles qui vivent des milliards d'années, comme le soleil. Ils détermineront où ces étoiles résident dans une galaxie, qui les renseignera sur l'histoire passée de la formation des étoiles. Ensuite, ils peuvent comparer ces données à l'endroit où les nouvelles étoiles se forment. Cela révélera comment la formation des étoiles a changé dans les galaxies au fil du temps, et répondez à quelques questions de base sur la croissance des galaxies. Par exemple, s'accumulent-ils de l'intérieur vers l'extérieur, ou de l'extérieur vers l'intérieur ?
4. Mesurer les conditions du gaz au sein de ces galaxies. Les scientifiques détermineront quelle partie du tableau périodique ces galaxies ont constitué - par exemple, combien de carbone, oxygène, et l'azote qu'ils contiennent. Ils mesureront également d'autres conditions physiques telles que la densité du gaz.

Aider les autres chercheurs à comprendre Webb

Les observations de l'équipe s'inscriront dans le programme Director's Discretionary-Early Release Science, ce qui donne du temps aux projets sélectionnés au début de la mission du télescope. Ce programme permet à la communauté astronomique d'apprendre rapidement comment utiliser au mieux les capacités de Webb, tout en produisant une science solide. L'équipe aide également d'autres chercheurs à comprendre la meilleure façon de prendre des données avec ce télescope.

"LES MODÈLES ne font qu'effleurer la surface de ce que vous pouvez faire avec Webb, " Rigby a poursuivi. " Ce ne sera certainement pas le dernier mot - c'est l'un des premiers mots de ce que ce télescope sera capable de faire, comment nous pouvons comprendre les galaxies. Ce que nous faisons avec TEMPLATES, c'est que nous voulons nous assurer que nous sommes sur le terrain avec des données magnifiques dès le début de la mission pour vraiment comprendre comment tirer le meilleur parti des incroyables capacités de Webb. »

Le télescope spatial James Webb sera le premier observatoire mondial des sciences spatiales lors de son lancement en 2021. Webb résoudra les mystères de notre système solaire, regarder au-delà des mondes lointains autour d'autres étoiles, et sonder les structures et les origines mystérieuses de notre univers et notre place dans celui-ci. Webb est un programme international mené par la NASA avec ses partenaires, ESA (Agence spatiale européenne) et l'Agence spatiale canadienne.