Les astronomes et les ingénieurs ont conçu des télescopes, en partie, être des « voyageurs du temps ». Plus un objet est éloigné, plus sa lumière met de temps à atteindre la Terre. Remonter dans le temps est l'une des raisons pour lesquelles le prochain télescope spatial James Webb de la NASA se spécialise dans la collecte de lumière infrarouge :ces longueurs d'onde plus longues, qui ont été initialement émis par les étoiles et les galaxies sous forme de lumière ultraviolette il y a plus de 13 milliards d'années, s'est étiré, ou décalé vers le rouge, dans la lumière infrarouge alors qu'ils se dirigeaient vers nous à travers l'univers en expansion.

Bien que de nombreux autres observatoires, dont le télescope spatial Hubble de la NASA, ont déjà créé des « champs profonds » en fixant de petites zones du ciel pendant des périodes importantes, l'enquête Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), dirigé par Steven L. Finkelstein de l'Université du Texas à Austin, sera le premier pour Webb. Lui et son équipe de recherche passeront un peu plus de 60 heures à pointer le télescope sur une tranche du ciel connue sous le nom de Extended Groth Strip, qui a été observé dans le cadre de la Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey ou CANDELS.

"Avec Webb, nous voulons faire la première reconnaissance des galaxies encore plus près du big bang, " Finkelstein a déclaré. "Il n'est absolument pas possible de faire cette recherche avec un autre télescope. Webb est capable de faire des choses remarquables à des longueurs d'onde qui étaient difficiles à observer dans le passé, au sol ou dans l'espace."

Mark Dickinson du National Science Foundation's National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory en Arizona, et l'un des co-chercheurs de l'enquête CEERS, fait un clin d'œil à Hubble tout en attendant avec impatience les observations de Webb. "Des études comme le champ profond de Hubble nous ont permis de cartographier l'histoire de la formation d'étoiles cosmiques dans les galaxies dans un demi-milliard d'années après le big bang jusqu'à nos jours avec des détails surprenants, " dit-il. " Avec CEERS, Webb cherchera encore plus loin pour ajouter de nouvelles données à ces enquêtes."

Livrer l'invisible

Comment était l'univers primitif ? Il y a certainement beaucoup de points de données, mais pas assez pour créer un recensement exhaustif de ses conditions. Plus, Les connaissances et les hypothèses des chercheurs sont mises à jour fréquemment, à chaque fois qu'une nouvelle exposition approfondie est publiée. "Chaque fois que nous regardons plus loin, nous trouvons des galaxies de plus en plus tôt que nous ne le pensions possible. Les conditions dans le tout premier univers devaient être bonnes pour que les galaxies se forment - et elles se sont formées et sont devenues massives très rapidement, " a déclaré Jeyhan Kartaltepe, co-investigateur de l'enquête CEERS, du Rochester Institute of Technology à New York.

"L'univers était plus compact à cette époque, ce qui signifie que les étoiles et les galaxies auraient pu se former avec une plus grande efficacité, " Finkelstein a ajouté. " Certains modèles prédisent que nous trouverons 50 galaxies à des époques antérieures plus éloignées que Hubble ne peut atteindre, mais d'autres prédisent que nous n'en trouverons que quelques-uns. Dans les deux cas, les données nous aideront à limiter la formation des galaxies dans l'univers primitif."

L'équipe du CEERS Survey espère identifier une abondance d'objets distants, y compris les galaxies les plus lointaines de l'univers, fusions et interactions des premières galaxies, les premiers trous noirs massifs ou supermassifs, et même des quasars plus anciens que ceux précédemment identifiés. Ces « premières » potentielles ne sont que le début de la valeur de cette recherche :L'équipe, qui est composé de plus de 100 chercheurs du monde entier, va ensuite classer de nombreux objets sur le terrain. "Ces données aideront à démontrer à quoi ressemblait la structure de l'univers à différentes périodes, " expliqua Finkelstein.

Appuyez sur « Retour en arrière »

L'élément le plus excitant de cette recherche est peut-être la façon dont l'équipe utilisera les données pour découvrir de nouvelles découvertes sur une période importante de l'histoire de l'univers appelée « l'ère de la réionisation ». Le big bang a déclenché une série d'événements, menant au fond diffus cosmologique, l'âge des ténèbres, les premières étoiles et galaxies, puis à l'ère de la réionisation. Au cours de cette période, le gaz dans l'univers transformé de la plupart du temps neutre, ce qui signifie qu'il était opaque à la lumière ultraviolette, et est devenu complètement ionisé, ce qui lui a permis d'être transparent. L'ionisation signifie que les atomes ont été dépouillés de leurs électrons, ce qui a finalement conduit aux conditions "claires" détectées dans une grande partie de l'univers aujourd'hui.

De nombreuses questions demeurent sur cette période unique dans notre univers. Par exemple, qu'est-ce qui était responsable de la conversion du gaz de neutre en ionisé ? Et combien de temps a-t-il fallu avant que l'univers ne devienne nettement moins opaque et beaucoup plus transparent ?

"Nous pensons que cela s'est produit lorsque la lumière ultraviolette s'est échappée des jeunes, former des galaxies, " Dickinson a expliqué. " Il peut y avoir d'autres facteurs. Par exemple, Les premiers trous noirs d'accrétion peuvent également avoir émis de la lumière ultraviolette qui a finalement aidé à transformer le gaz. »

L'endroit où les galaxies apparaissent dans le ciel offre un autre indice. "Nous examinerons les galaxies de l'ère de la réionisation pour voir si elles sont regroupées dans les mêmes régions ou si elles sont plus isolées, " a déclaré Kartaltepe. " Nous avons beaucoup d'idées sur ce qui fait que les galaxies grandissent et deviennent plus massives, mais nous avons besoin d'informations plus complètes sur ces galaxies pour comprendre pleinement comment elles ont initialement grandi et évolué. »

La présence de fusions ou d'interactions galactiques - ou leur absence - aidera également l'équipe à retracer les conditions de l'environnement pendant l'ère de la réionisation. "L'enquête CEERS nous donnera des indices sur la façon dont cette période s'est déroulée, " ajoute Dickinson. " Nous allons certainement en apprendre davantage sur les galaxies que nous pensons être responsables, et espèrent aussi en savoir plus sur les rayonnements ionisants qui leur ont échappé."

L'équipe a conçu l'enquête CEERS pour fournir autant de données complémentaires que possible pour de nombreuses cibles dans ce champ de vision. Ils utiliseront trois des instruments de Webb, en plusieurs modes, pour obtenir des images de la bande de croissance étendue, en plus des spectres. Les spectres sont des données inestimables car ils aident les chercheurs à identifier les couleurs, températures, mouvements, et les masses de chaque cible, et fournissent un regard beaucoup plus approfondi sur la composition chimique des objets distants.

"C'est la différence avec le spectrographe proche infrarouge de Webb, ou NIRSpec, " a souligné Dickinson. " Nous allons ouvrir les fentes du micro-obturateur du spectrographe pour observer individuellement des centaines de galaxies afin d'obtenir leurs spectres pour la première fois. "

Commencer à établir un recensement

Dans les mois suivant la diffusion initiale des données, les chercheurs de l'enquête CEERS créeront et publieront de nouveaux outils et catalogues que tout chercheur peut utiliser pour analyser les données, y compris des masses de galaxies, formes de galaxies, et les redshifts photométriques. "Avec le même ensemble d'observations, des centaines de chercheurs peuvent mener des centaines d'expériences scientifiques, " a déclaré Kartaltepe. "Nous allons également trouver des choses que nous n'avons même pas pensé à demander, ce qui est une raison de plus pour laquelle la recherche de l'enquête CEERS sera si gratifiante. Notre espoir est que le sondage CEERS influencera les futurs sondages de galaxies lointaines avec Webb, " Finkelstein a ajouté. " Cela démontrera également à la communauté que l'observation avec une variété d'instruments et de modes est un moyen très valable d'augmenter le rendement scientifique de Webb. "