Lorsque les astronomes ont utilisé le JWST pour observer une galaxie à plus de 12 milliards d’années-lumière, ils regardaient également dans le temps. Et quand ils ont trouvé des molécules organiques dans cette galaxie lointaine, ils les ont trouvées aux débuts de l’univers.
Les molécules organiques se trouvent généralement là où les étoiles se forment, mais elles ne le sont pas dans ce cas.
Les molécules organiques sont des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) qui, selon les scientifiques, sont les éléments constitutifs de la vie. Ils se produisent naturellement ici sur Terre en tant que sous-produits de la combustion. Il imprègne également le milieu interstellaire (ISM), la matière interstellaire et le rayonnement. Ils font référence aux régions de gaz froid à partir desquelles les étoiles se forment.
Trouver des HAP dans une galaxie ancienne, très lointaine, nécessite de la technologie, des compétences et un peu de chance. JWST a fourni à la technologie ses capacités d’observation infrarouge avancées, et une galaxie de premier plan à seulement 3 milliards d’années-lumière alignée avec la galaxie lointaine a sauvé la fortune. Il est parfaitement aligné et agit comme une lentille gravitationnelle, amplifiant la lumière de la galaxie lointaine.
« Des découvertes comme celle-ci sont exactement ce pour quoi Webb a été créé : comprendre les premières étapes de l’univers de manière nouvelle et passionnante. »
Kedar Vadke, Université de l’Illinois
La galaxie lointaine s’appelle SPT0418-47. Non seulement il se trouve à 12 milliards d’années-lumière, mais les astronomes voient la lumière qui en émane alors que l’univers n’avait que 10 % de son âge actuel, environ 1,5 milliard d’années après le Big Bang.
L’ancienne lumière de SPT0418-47 forme un anneau autour de la galaxie de premier plan appelé l’anneau d’Einstein. Einstein a prédit ces épisodes dans sa théorie de la relativité générale. Avec la lumière amplifiée, le puissant JWST l’a examinée avec un instrument infrarouge moyen (MIRI.)
Les chercheurs qui ont découvert les HAP provenaient de diverses institutions d’Amérique du Nord et du Sud et d’Europe. Ils ont présenté leurs découvertes dans un article de Nature intitulé « Variations spatiales de l’émission d’hydrocarbures aromatiques dans une galaxie riche en poussières.L’auteur principal est Justin Spilker du Département de physique et d’astronomie de la Texas A&M University.
« En combinant les incroyables capacités de Webb avec une » loupe cosmique « naturelle, nous avons pu voir plus de détails que nous ne pourrions en voir autrement », a déclaré l’auteur principal Spilker. « Ce niveau de grossissement est en fait ce qui nous a intéressé à regarder cette galaxie avec Webb en premier lieu, car il nous permet vraiment de voir tous les détails riches de ce qui composait une galaxie dans l’univers primitif que nous n’aurions pas pu faire. sinon. »
Il existe plusieurs types de HAP, mais ils ont en commun leur taille. même les plus simples, naphtalineIl contient 10 atomes de carbone et 8 atomes d’hydrogène. Les atomes plus gros peuvent contenir jusqu’à 50 atomes de carbone.
« Ces grosses particules sont très courantes dans l’espace », a expliqué Spilker. Les astronomes pensaient que c’était un bon signe de formation de nouvelles étoiles. Partout où je voyais ces particules, les petites étoiles brillaient aussi au loin. »
Les HAP ont longtemps été associés à la naissance des étoiles. Les astronomes les ont trouvés dans des régions actives de naissance d’étoiles dans différentes parties de la Voie lactée. Ils ont également repéré les grosses particules près de jeunes étoiles brillantes.
Mais dans ce cas, l’ancienne galaxie a des HAP en abondance en l’absence de formation d’étoiles, et la formation d’étoiles est absente des HAP.
« Grâce aux images haute résolution de Webb, nous avons trouvé de nombreuses zones avec de la fumée mais pas de formation d’étoiles et d’autres avec de nouvelles étoiles en formation mais pas de fumée », a déclaré Spilker.
Il se passe quelque chose dans l’ancienne télécommande SPT0418-47 qui a besoin d’être repensée. La relation entre les HAP et la formation d’étoiles n’est pas aussi forte qu’on le pensait auparavant. Ou pas dans l’univers primitif en tout cas.
Les astronomes ne peuvent pas parvenir à une conclusion basée sur les observations d’une seule galaxie. L’inadéquation entre la présence de HAP et la formation d’étoiles ne peut être comprise que par d’autres observations. Les astronomes peuvent compter sur JWST pour en fournir plus.
a déclaré Kedar Fadek, un étudiant diplômé de l’Université de l’Illinois, Urbana-Champaign, qui a dirigé le développement technique des notes Webb de l’équipe. « C’est incroyable que nous puissions identifier des molécules à des milliards d’années-lumière que nous connaissons ici sur Terre, même si elles apparaissent d’une manière que nous n’aimons pas, comme le smog et la fumée. C’est aussi une déclaration puissante sur les incroyables capacités de Webb que nous jamais eu avant. »
Il a fallu quelques recherches pour distinguer la lumière infrarouge des HAP des grains de poussière plus gros. Les grains de poussière absorbent environ la moitié du rayonnement émis par les étoiles tout au long de l’histoire de l’univers et l’émettent sous forme de lumière infrarouge. Toute la lumière infrarouge de la minuscule poussière peut tacher l’image des premières galaxies.
Joaquin Vieira est professeur d’astronomie et de physique à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign et faisait partie de l’équipe de recherche. « Ce projet a commencé alors que j’étais à l’université pour étudier des galaxies très lointaines et difficiles à détecter qui sont obscurcies par la poussière », a déclaré Vieira. « Les grains de poussière absorbent et réémettent près de la moitié du rayonnement stellaire produit dans l’univers, rendant la lumière infrarouge des objets distants trop faible ou indétectable par les télescopes au sol. »
Avant le lancement de JWST, il n’y avait aucun moyen d’observer véritablement ces galaxies anciennes. Au lieu de cela, les astronomes ont créé ce que l’on appelle des galaxies naines compactes brillantes (BCD). Ces minuscules galaxies sont similaires aux minuscules galaxies que les astronomes pensaient communes dans l’univers primitif. De nombreux chercheurs pensent que notre galaxie et d’autres comme elle se sont considérablement développées grâce à des fusions impliquant des BCD. Certains BCD ont permis aux HAP de se former, mais les jeunes étoiles fluorescentes à la lumière ultraviolette peuvent également détruire les HAP.
Les BCD ont été utilisés comme unités de secours pour les galaxies anciennes, et bien que les observations aient été déconcertantes, il y a toujours eu des questions. Cependant, ces premières galaxies étaient hors de portée.
Mais la puissance de surveillance infrarouge massive de JWST a changé cela. Lorsqu’il est combiné avec une lentille gravitationnelle, l’image des objets éloignés devient plus claire.
« Nous ne nous attendions pas à cela », a déclaré Vieira. « La détection de ces molécules organiques complexes à une si grande distance change la donne pour les observations futures. Ce travail n’est qu’une première étape, et nous apprenons seulement maintenant à l’utiliser et à voir son potentiel. Nous sommes très heureux de voir comment ça se joue.
Parce que les HAP contiennent du carbone, les astronomes pensent qu’ils ne peuvent exister qu’après que des générations d’étoiles ont vécu et sont mortes. Les éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium n’ont pas été produits par le Big Bang. Seul le maquillage nucléaire stellaire peut le créer. Une fois créés dans les étoiles, ils se répandent dans l’univers lorsque l’étoile « meurt ».
« Ce que cette recherche nous dit en ce moment – et nous apprenons encore – c’est que nous pouvons voir toutes les régions où se trouvent ces minuscules grains de poussière – des régions que nous ne pouvions pas voir avant JWST », a déclaré Phadke. « Les nouvelles données spectroscopiques nous permettent d’observer la structure atomique et moléculaire de la galaxie, fournissant des informations très importantes sur la formation, le cycle de vie et l’évolution des galaxies. »
Il n’y a pas encore d’explication quant à la raison pour laquelle les HAP ne forment pas d’étoiles et vice versa. Si les observations d’autres galaxies anciennes montrent la même chose, les astronomes sont sur quelque chose.
Ces nouvelles notes JWST proviennent de TEMPLATES, un programme scientifique publié au début. TEMPLATES est l’abréviation de Targeting the Arches of the Lens with a Highly Magnified Allround Lens and its Extended Star Formation. « Le zoom de l’objectif conduit JWST à la résolution spatiale la plus élevée possible à ces décalages vers le rouge » L’équipe des modèles a écritDéfinir les principaux pronostics spectraux de la formation d’étoiles et de l’extinction de la poussière : H-alpha, Pa-alpha et 3,3 um PAH au sein de galaxies distantes individuelles.
Les moulages présentent des observations de quatre galaxies, toutes par lentille gravitationnelle. Deux des quatre galaxies sont si poussiéreuses que les télescopes comme Hubble ne peuvent pas voir à l’intérieur. Mais JWST peut percer le voile poussiéreux et cartographier la poussière. Ce faisant, il a découvert des HAP et peut-être de nouveaux aspects de la formation d’étoiles répandus dans l’univers primitif.
« Ce sont les premiers jours pour le télescope Webb, donc les astronomes sont ravis de voir toutes les nouvelles choses qu’il peut faire pour nous », a déclaré Spilker. « Détecter de la fumée dans une galaxie au début de l’histoire de l’univers? Webb rend ce son facile. Maintenant que nous avons montré que c’est possible pour la première fois, nous sommes impatients d’essayer de comprendre s’il est vraiment vrai que là où il y a fumée, il y a du feu. Peut-être pourrons-nous trouver des galaxies si petites que des particules complexes comme celle-ci n’ont pas encore eu le temps de se former dans le vide de l’espace, donc les galaxies ne sont que du feu et pas de fumée. La seule façon d’être sûr est de regarder plus de galaxies, espérons-le au-delà de ces galaxies. »
