Grâce aux capacités sans précédent du télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA, une équipe internationale de scientifiques a obtenu les premières observations spectroscopiques des galaxies les plus faibles au cours du premier milliard d'années de l'univers. Ces résultats, publiés dans la revue Nature , aident à répondre à une question de longue date des astronomes :quelles sources ont provoqué la réionisation de l'univers ? Ces nouveaux résultats ont effectivement démontré que les petites galaxies naines sont susceptibles de produire des quantités prodigieuses de rayonnement énergétique.

La recherche sur l'évolution de l'univers primitif est un aspect important de l'astronomie moderne. Il reste beaucoup à comprendre sur la période des débuts de l'histoire de l'univers connue sous le nom d'ère de réionisation.

C’était une période d’obscurité sans étoiles ni galaxies, remplie d’un épais brouillard d’hydrogène gazeux jusqu’à ce que les premières étoiles ionisent le gaz qui les entourait et que la lumière commence à voyager à travers. Les astronomes ont passé des décennies à essayer d'identifier les sources émettant des rayonnements suffisamment puissants pour dissiper progressivement ce brouillard d'hydrogène qui recouvrait l'univers primitif.

Le programme Ultradeep NIRSpec et NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) (#2561) comprend à la fois des observations d'imagerie et spectroscopiques de l'amas de lentilles Abell 2744. Une équipe internationale d'astronomes a utilisé la lentille gravitationnelle par cette cible, également connue sous le nom d'amas de Pandore. , pour enquêter sur les sources de la période de réionisation de l'univers.

La lentille gravitationnelle agrandit et déforme l’apparence des galaxies lointaines, de sorte qu’elles semblent très différentes de celles du premier plan. La « lentille » de l'amas de galaxies est si massive qu'elle déforme le tissu de l'espace lui-même, à tel point que la lumière provenant de galaxies lointaines qui traverse l'espace déformé prend également une apparence déformée.

L'effet de grossissement a permis à l'équipe d'étudier des sources de lumière très lointaines au-delà d'Abell 2744, révélant huit galaxies extrêmement faibles qui autrement seraient indétectables, même pour Webb.

L’équipe a découvert que ces galaxies faibles sont d’immenses producteurs de rayonnements ionisants, à des niveaux quatre fois supérieurs à ce qui était supposé auparavant. Cela signifie que la plupart des photons qui ont réionisé l'univers provenaient probablement de ces galaxies naines.

"Cette découverte révèle le rôle crucial joué par les galaxies ultra-faibles dans l'évolution de l'univers primitif", a déclaré Iryna Chemerynska, membre de l'équipe de l'Institut d'Astrophysique de Paris en France. "Ils produisent des photons ionisants qui transforment l'hydrogène neutre en plasma ionisé lors de la réionisation cosmique. Cela souligne l'importance de comprendre les galaxies de faible masse pour façonner l'histoire de l'univers."

"Ces centrales cosmiques émettent collectivement plus que suffisamment d'énergie pour accomplir leur travail", a ajouté le chef d'équipe Hakim Atek, Institut d'Astrophysique de Paris, CNRS, Sorbonne Université, France, et auteur principal de l'article décrivant ce résultat. "Malgré leur petite taille, ces galaxies de faible masse sont de prolifiques producteurs de rayonnement énergétique, et leur abondance pendant cette période est si importante que leur influence collective peut transformer l'état entier de l'univers."

Pour arriver à cette conclusion, l’équipe a d’abord combiné des données d’imagerie Webb ultra-profondes avec l’imagerie auxiliaire d’Abell 2744 du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA afin de sélectionner des galaxies candidates extrêmement faibles à l’époque de la réionisation. Cela a été suivi d'une spectroscopie avec le spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec). L'ensemble multi-obturateur de l'instrument a été utilisé pour obtenir une spectroscopie multi-objets de ces galaxies faibles.

C’est la première fois que les scientifiques mesurent de manière robuste la densité numérique de ces galaxies faibles, et ils ont confirmé avec succès qu’elles constituent la population la plus abondante à l’époque de la réionisation. C'est également la première fois que le pouvoir ionisant de ces galaxies est mesuré, permettant aux astronomes de déterminer qu'elles produisent suffisamment de rayonnement énergétique pour ioniser l'univers primitif.

"L'incroyable sensibilité de NIRSpec combinée à l'amplification gravitationnelle fournie par Abell 2744 nous a permis d'identifier et d'étudier en détail ces galaxies du premier milliard d'années de l'univers, bien qu'elles soient plus de 100 fois plus faibles que notre propre Voie lactée", a poursuivi Atek. .

Dans le cadre d'un prochain programme d'observation de Webb, appelé GLIMPSE, les scientifiques obtiendront les observations les plus profondes jamais réalisées dans le ciel. En ciblant un autre amas de galaxies, nommé Abell S1063, des galaxies encore plus faibles pendant l'époque de réionisation seront identifiées afin de vérifier si cette population est représentative de la distribution à grande échelle des galaxies.

Comme ces nouveaux résultats sont basés sur des observations obtenues dans un seul champ, l’équipe note que les propriétés ionisantes des galaxies faibles peuvent apparaître différemment si elles résident dans des régions trop denses. Des observations supplémentaires dans un domaine indépendant fourniront donc des informations supplémentaires pour aider à vérifier ces conclusions.

Les observations GLIMPSE aideront également les astronomes à sonder la période connue sous le nom d'Aube Cosmique, lorsque l'univers n'avait que quelques millions d'années, à développer notre compréhension de l'émergence des premières galaxies.

Ces résultats ont été publiés aujourd'hui dans la revue Nature .

Plus d'informations : Hakim Atek, La plupart des photons qui ont réionisé l'Univers proviennent de galaxies naines, Nature (2024). DOI :10.1038/s41586-024-07043-6. www.nature.com/articles/s41586-024-07043-6

Informations sur le journal : Nature

Fourni par l'Agence spatiale européenne