En regardant en profondeur dans l'espace et le temps, deux équipes utilisant le télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA ont étudié la galaxie exceptionnellement lumineuse GN-z11, qui existait lorsque notre univers vieux de 13,8 milliards d'années n'avait qu'environ 430 millions d'années. /P>
Tenant sa promesse de transformer notre compréhension de l'univers primitif, le télescope spatial James Webb sonde les galaxies proches de la nuit des temps. L’une d’elles est la galaxie exceptionnellement lumineuse GN-z11, qui existait lorsque l’univers n’avait qu’une infime fraction de son âge actuel. Détectée initialement par le télescope spatial NASA/ESA Hubble, c'est l'une des galaxies les plus jeunes et les plus lointaines jamais observées, mais aussi l'une des plus énigmatiques. Pourquoi est-il si brillant ? Webb semble avoir trouvé la réponse.
Une équipe étudiant GN-z11 avec Webb a trouvé la première preuve claire que la galaxie héberge un trou noir central supermassif qui accumule rapidement de la matière. Leur découverte en fait le trou noir supermassif actif le plus éloigné jamais repéré à ce jour.
"Nous avons découvert un gaz extrêmement dense, courant à proximité des trous noirs supermassifs, qui accumule du gaz", a expliqué le chercheur principal Roberto Maiolino du laboratoire Cavendish et de l'institut Kavli de cosmologie de l'université de Cambridge au Royaume-Uni. "Ce sont les premières signatures claires indiquant que GN-z11 héberge un trou noir qui engloutit de la matière."
En utilisant Webb, l’équipe a également trouvé des indications d’éléments chimiques ionisés généralement observés à proximité de trous noirs supermassifs en accrétion. De plus, ils ont découvert que la galaxie expulsait un vent très puissant. De tels vents à grande vitesse sont généralement provoqués par des processus associés à l'accrétion vigoureuse de trous noirs supermassifs.
"La NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb a révélé un composant étendu, traçant la galaxie hôte, et une source centrale compacte dont les couleurs sont cohérentes avec celles d'un disque d'accrétion entourant un trou noir", a déclaré la chercheuse Hannah Übler, également de l'étude. Laboratoire Cavendish et Institut Kavli.
Ensemble, ces preuves montrent que GN-z11 héberge un trou noir supermassif de deux millions de masse solaire dans une phase très active de consommation de matière, c'est pourquoi il est si lumineux.
Une deuxième équipe, également dirigée par Maiolino, a utilisé le NIRSpec (spectrographe proche infrarouge) de Webb pour trouver un amas gazeux d'hélium dans le halo entourant GN-z11.
"Le fait que nous ne voyons rien d'autre au-delà de l'hélium suggère que cet amas doit être relativement intact", a déclaré Roberto. "C'est quelque chose auquel s'attendaient la théorie et les simulations à proximité de galaxies particulièrement massives de ces époques :il devrait y avoir des poches de gaz vierge survivant dans le halo, et celles-ci pourraient s'effondrer et former des amas d'étoiles de population III."
La découverte des étoiles de la population III jusqu'ici inédites – la première génération d'étoiles formées presque entièrement d'hydrogène et d'hélium – est l'un des objectifs les plus importants de l'astrophysique moderne. On s’attend à ce que ces étoiles soient très massives, très lumineuses et très chaudes. Leur signature serait la présence d'hélium ionisé et l'absence d'éléments chimiques plus lourds que l'hélium.
La formation des premières étoiles et galaxies marque un changement fondamental dans l'histoire cosmique, au cours duquel l'univers a évolué d'un état sombre et relativement simple à l'environnement hautement structuré et complexe que nous voyons aujourd'hui.
Dans les futures observations de Webb, Roberto, Hannah et leur équipe exploreront GN-z11 plus en profondeur et espèrent renforcer les arguments en faveur des étoiles de population III qui pourraient se former dans son halo.
La recherche sur l'amas de gaz vierge dans le halo de GN-z11 a été acceptée pour publication dans Astronomy &Astrophysics. et est actuellement disponible sur arXiv serveur de préimpression. Les résultats de l'étude du trou noir de GN-z11 ont été publiés dans la revue Nature le 17 janvier 2024.
Plus d'informations : Roberto Maiolino et al, JWST-JADES. Signatures possibles de la Population III à z=10,6 dans le halo de GN-z11, arXiv (2023). DOI :10.48550/arxiv.2306.00953
Informations sur le journal : Astronomie et astrophysique , arXiv , Nature
Fourni par l'Agence spatiale européenne
