Depuis que le télescope spatial James Webb (JWST) a capturé son premier aperçu de l'univers primitif, les astronomes ont été surpris par la présence de ce qui semble être des galaxies plus « ultramassives » que prévu. Basés sur le modèle cosmologique le plus largement accepté, ils n'auraient dû pouvoir évoluer que bien plus tard dans l'histoire de l'univers, ce qui a donné lieu à des affirmations selon lesquelles le modèle devait être modifié.
Cela bouleverserait des décennies de science établie.
"Le développement des objets dans l'univers est hiérarchique. Vous commencez petit et vous devenez de plus en plus grand", a déclaré Julian Muñoz, professeur adjoint d'astronomie à l'Université du Texas à Austin et co-auteur d'un article récent publié dans Lettres d'examen physique qui teste les changements apportés au modèle cosmologique. L’étude conclut qu’il n’est pas nécessaire de réviser le modèle cosmologique standard. Cependant, les astronomes devront peut-être revoir ce qu'ils comprennent de la formation et de l'évolution des premières galaxies.
La cosmologie étudie l'origine, l'évolution et la structure de notre univers, du Big Bang à nos jours. Le modèle de cosmologie le plus largement accepté est appelé le modèle Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) ou le « modèle cosmologique standard ». Bien que le modèle soit très bien informé, une grande partie de l'univers primitif est resté théorique car les astronomes n'ont pas pu l'observer complètement, voire pas du tout.
Lancé en 1990, le télescope spatial Hubble a joué un rôle central dans le développement et le perfectionnement du modèle cosmologique standard. Il observe l’univers dans les longueurs d’onde de lumière ultraviolette, visible et dans certaines longueurs d’onde proches de l’infrarouge. Cependant, cela permet de mieux voir certaines choses que d’autres. Par exemple, Hubble est bien équipé pour observer des galaxies plus petites qui contiennent souvent des populations plus importantes de jeunes étoiles émettant des ultraviolets et moins de poussière qui a tendance à absorber des longueurs d'onde plus courtes.
Lancé fin 2021, JWST constitue un complément important aux capacités de Hubble. En observant dans les longueurs d'onde du proche et du moyen infrarouge, JWST peut détecter des objets invisibles pour Hubble.
"Nous ouvrons une fenêtre sur l'inconnu", a déclaré Muñoz. "Nous sommes désormais en mesure de tester nos théories sur l'univers là où nous n'avions pas pu le faire auparavant."
Peu après le Big Bang, les choses n’étaient pas parfaitement uniformes. De minuscules variations de densité ont eu un impact considérable sur la structure future et l’évolution de l’univers. Les régions plus denses attiraient plus de matière en raison de la gravité, conduisant finalement à la formation de structures de plus en plus grandes.
Devenir si grandes si rapidement, les galaxies ultramassives observées par JWST ne seraient en théorie possibles que si davantage de ces régions à plus forte densité s'étaient développées juste après le Big Bang. Cela nécessiterait de changer le modèle cosmologique standard.
Muñoz et son équipe ont testé cette hypothèse.
Ils ont choisi une plage de temps cosmique pour laquelle les observations de JWST et de Hubble sont disponibles. Dans cette plage, ils ont identifié les galaxies les plus massives disponibles dans les données JWST et ont calculé l'ampleur du changement de la densité initiale de l'univers qui serait nécessaire à leur formation.
Ils ont également calculé combien de galaxies plus petites résulteraient de ce changement hypothétique. Ces galaxies plus petites supplémentaires auraient été observées par Hubble.
"Mais ce n'est pas ce que nous voyons", a expliqué Muñoz. "Vous ne pouvez pas modifier suffisamment la cosmologie pour expliquer ce problème d'abondance, étant donné que les observations de Hubble seraient également affectées."
Alors pourquoi JWST trouve-t-il autant de galaxies ultramassives ? Une possibilité est qu’ils contiennent des trous noirs supermassifs. Ces trous noirs réchaufferaient le gaz proche, rendant les galaxies plus brillantes et donc plus massives qu’elles ne le sont réellement. Ou encore, les galaxies ne se trouvent peut-être pas du tout dans l'univers primitif, mais elles semblent l'être parce que la poussière rend leur couleur plus rouge qu'elle ne le serait autrement. Ce déplacement ferait apparaître les galaxies plus éloignées qu'elles ne le sont.
Outre Muñoz, les auteurs de l'étude sont Nashwan Sabti et Marc Kamionkowski de l'Université Johns Hopkins.
Plus d'informations : Nashwan Sabti et al, Insights from HST into Ultramassive Galaxies and Early-Universe Cosmology, Physical Review Letters (2024). DOI :10.1103/PhysRevLett.132.061002. Sur arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2305.07049
Informations sur le journal : Lettres d'examen physique , arXiv
Fourni par l'Université du Texas à Austin
