Cette image JWST montre l'amas de galaxies SMACS J0723.3−7327 avec un grand nombre de galaxies d'arrière-plan lentilles. La barre blanche en bas correspond à 50 secondes d'arc, soit approximativement la taille maximale de Jupiter observée depuis la Terre. Crédit :NASA, ESA, CSA et STScI
En utilisant la première image scientifique publiée par le télescope spatial James Webb (JWST) ce mois-ci, une équipe internationale de scientifiques avec une contribution significative de l'Université technique de Munich (TUM) a construit un modèle amélioré pour la distribution de masse de l'amas de galaxies SMACS J0723 .3−7327. Agissant comme une soi-disant lentille gravitationnelle, l'amas de galaxies de premier plan produit à la fois de multiples images de galaxies d'arrière-plan et agrandit ces images. Une famille de ces images multiples appartient à une galaxie, que le modèle prédit à une distance d'environ 13 Gyrs, c'est-à-dire dont la lumière a parcouru environ 13 milliards d'années avant d'atteindre le télescope.
La première image scientifique publiée par le télescope spatial James Webb (JWST) était celle d'une lentille gravitationnelle, en particulier l'amas de galaxies SMACS J0723.3−7327. Les lentilles gravitationnelles, en particulier les amas de galaxies, amplifient la lumière des galaxies d'arrière-plan et produisent de multiples images de celles-ci. Avant JWST, 19 images multiples de six sources d'arrière-plan étaient connues dans SMACS J0723.3−7327. Les données du JWST ont maintenant révélé 27 images multiples supplémentaires provenant de dix autres sources optiques.
"Dans ce premier pas vers la voie ouverte par le JWST, nous avons utilisé les données récentes de ce tout nouveau télescope, pour modéliser l'effet de lentille de SMACS0723 avec une grande précision", souligne Gabriel Bartosch Caminha, postdoctorant au TUM, l'Institut Max Planck pour Astrophysics (MPA) et le Centre allemand de lentilles cosmologiques (GCCL). La collaboration a d'abord utilisé les données du télescope spatial Hubble (HST) et de l'explorateur spectroscopique multi-unités (MUSE) pour construire un modèle de lentille "pré-JWST", puis l'a affiné avec l'imagerie proche infrarouge JWST nouvellement disponible. "L'imagerie JWST est absolument stupéfiante et magnifique, montrant de nombreuses autres sources d'arrière-plan à lentilles multiples, ce qui nous a permis d'affiner considérablement notre modèle de masse de lentille", ajoute-t-il.
Dans cette image, les différentes galaxies d'arrière-plan à lentilles multiples sont numérotées, les couleurs cyan indiquant des systèmes d'images multiples déjà connus et les couleurs vertes indiquant de nouvelles sources à lentilles multiples. Les encarts montrent des images agrandies d'une galaxie très éloignée avec une sous-structure indiquée par les flèches vertes. Crédit :NASA, ESA, CSA et STScI (annotations par MPA)
L'un des modèles les plus précis disponibles
Beaucoup de ces nouvelles sources à lentilles n'ont pas encore d'estimations de distance, et les scientifiques ont utilisé leur modèle de masse pour prédire à quelle distance ces galaxies à lentilles sont les plus susceptibles de se trouver. L'un d'eux s'est avéré être probablement à la distance étonnante de 13 Gyrs (décalage vers le rouge> 7,5), c'est-à-dire que sa lumière a été émise au cours des premiers stades de l'univers. Cette galaxie est multipliée par lentilles en trois images et sa luminosité est agrandie d'un facteur de μ≈20 au total.
Cependant, pour étudier ces objets primordiaux, il est fondamental de décrire avec précision l'effet de lentille de l'amas de galaxies de premier plan. "Notre modèle de masse précis constitue la base de l'exploration des données JWST", souligne Sherry Suyu, professeur de cosmologie observationnelle à la TUM, responsable du groupe de recherche Max Planck à la MPA et chercheuse invitée à l'Institut d'astronomie et d'astrophysique Academia Sinica. "Les images spectaculaires du JWST montrent une grande variété de galaxies à lentilles fortes, qui peuvent être étudiées en détail grâce à notre modèle précis."
Le nouveau modèle de distribution de masse de l'amas de premier plan est capable de reproduire les positions de toutes les images multiples avec une grande précision, ce qui en fait l'un des modèles les plus précis disponibles. Pour les études de suivi de ces sources, les modèles de lentilles, y compris les cartes de grossissement et les décalages vers le rouge (c'est-à-dire les distances) estimés à partir du modèle sont rendus publics. "Nous sommes très excités à ce sujet", ajoute Suyu. "Nous attendons avec impatience les futures observations JWST d'autres amas de galaxies à forte lentille. Celles-ci nous permettront non seulement de mieux contraindre les distributions de masse des amas de galaxies, mais aussi d'étudier les galaxies à décalage vers le rouge élevé." Comment le télescope spatial James Webb nous permet de voir les premières galaxies de l'univers
