Après le Big Bang, l’univers s’est étendu et refroidi suffisamment pour permettre la formation des atomes d’hydrogène. En l’absence de lumière des premières étoiles, l’univers est entré dans une période connue sous le nom d’âge sombre cosmique. Les premières étoiles et galaxies sont apparues plusieurs centaines de millions d’années plus tard et ont commencé à brûler l’hydrogène restant du Big Bang, rendant l’univers “transparent“, tel qu’il l’est aujourd’hui.
Un groupe de recherche international dirigé par des astrophysiciens de l’UCLA a confirmé l’existence de JD1. La galaxie JD1 la plus faible jamais observée dans l’univers primordial. La galaxie est l’une des plus lointaines identifiées à ce jour. Correspond précisément au type qui a brûlé le brouillard d’atomes d’hydrogène laissé par le Big Bang. C’est dans ce processus que la lumière a commencé à briller à travers l’univers et à le façonner tel qu’il est aujourd’hui. La découverte a été réalisée à l’aide du James Webb Space Telescope de la NASA et les résultats ont été publiés dans la revue Nature (ref).
Le processus de réionisation
Les premiers milliards d’années de la vie de l’univers ont été une période cruciale dans son évolution. Après le Big Bang, il y a environ 13,8 milliards d’années, l’univers s’est étendu et refroidi suffisamment pour permettre la formation des atomes d’hydrogène. Cependant, jusqu’à la naissance des premières étoiles et galaxies, l’univers était sombre. L’apparition des premières étoiles et galaxies quelques centaines de millions d’années plus tard a inondé le cosmos d’une lumière ultraviolette énergétique qui a commencé à brûler le brouillard d’hydrogène.
Déterminer les types de galaxies qui ont dominé cette époque, l’Époque de la Réionisation, est l’un des principaux objectifs de l’astronomie moderne. Mais avant le développement du télescope James Webb, les scientifiques ne disposaient pas des outils infrarouges sensibles nécessaires pour étudier la première génération de galaxies.
“La plupart des galaxies trouvées jusqu’à présent par le télescope James Webb sont des galaxies brillantes qui sont rares. Mais ne sont pas considérées comme particulièrement représentatives des jeunes galaxies qui peuplaient l’univers primordial”, a déclaré Guido Roberts-Borsani, l’auteur principal de l’étude. “Les galaxies ultra-faibles comme JD1, en revanche, sont beaucoup plus nombreuses. Pour cette raison, nous pensons qu’elles sont plus représentatives des galaxies qui ont entraîné le processus de réionisation, permettant à la lumière ultraviolette de voyager sans entrave à travers l’espace et le temps”.
James Webb et la lentille gravitationnelle
JD1 est une galaxie si faible et lointaine dans l’univers primordial qu’il serait difficile de l’étudier sans un télescope puissant et un tour de passe-passe naturel. JD1 se trouve derrière un amas massif de galaxies proches, Abell 2744. Cet amas agit comme une lentille gravitationnelle, amplifiant la lumière de JD1 et la rendant 13 fois plus brillante qu’elle ne le serait autrement. Sans cet effet, la découverte de JD1 aurait probablement été manquée.
Pour l’analyse, les chercheurs ont utilisé le spectrographe NIRSpec pour obtenir un spectre de lumière infrarouge de la galaxie. Cela leur a permis de déterminer son âge précis, sa distance par rapport à la Terre, ainsi que le nombre d’étoiles et la quantité de poussière et de particules lourdes.
La combinaison de l’amplification gravitationnelle et des nouvelles images capturées par le NIRCam de James Webb a permis à l’équipe d’étudier la structure de la galaxie avec un niveau de détail et de résolution sans précédent. Étant donné que la lumière met du temps à nous parvenir, JD1 apparaît comme elle était il y a environ 13,3 milliards d’années. L’univers n’avait que environ 4% de son âge actuel.
“Avant que le télescope Webb ne soit mis en marche, il y a seulement un an, nous ne pouvions même pas rêver de confirmer une galaxie aussi faible”, a déclaré Tommaso Treu, le deuxième auteur de l’étude. “La combinaison de JWST et de la puissance des lentilles gravitationnelles est une révolution. Nous réécrivons le livre sur la façon dont les galaxies se sont formées et ont évolué peu de temps après le Big Bang”.