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Discovery of massive early galaxies defies prior understanding of the universe

La découverte de galaxies primitives massives défie la compréhension antérieure de l'univers

par l'Université d'État de Pennsylvanie

Images de six galaxies massives candidates, vues 500 à 800 millions d'années après le Big Bang. L'une des sources (en bas à gauche) pourrait contenir autant d'étoiles que notre Voie Lactée actuelle, mais est 30 fois plus compacte. Crédit : NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Swinburne University of Technology). Traitement d'image : G. Brammer (Niels Bohr Institute's Cosmic Dawn Center at the University of Copenhagen)

Six galaxies massives découvertes dans l'univers primitif bouleversent ce que les scientifiques avaient précédemment compris sur les origines des galaxies dans l'univers.

"Ces objets sont bien plus massifs que prévu", a déclaré Joel Leja, professeur adjoint d'astronomie et d'astrophysique à Penn State, qui a modélisé la lumière de ces galaxies. "Nous nous attendions à ne trouver que de minuscules jeunes galaxies pour le moment, mais nous avons découvert des galaxies aussi matures que la nôtre dans ce qui était auparavant considéré comme l'aube de l'univers."

En utilisant le premier ensemble de données publié par le télescope spatial James Webb de la NASA, l'équipe internationale de scientifiques a découvert des objets aussi matures que la Voie lactée alors que l'univers n'avait que 3 % de son âge actuel, environ 500 à 700 millions d'années après le Big Bang. Le télescope est équipé d'instruments de détection infrarouge capables de détecter la lumière émise par les étoiles et les galaxies les plus anciennes. Essentiellement, le télescope permet aux scientifiques de voir dans le temps environ 13,5 milliards d'années, près du début de l'univers tel que nous le connaissons, a expliqué Leja.

"C'est notre premier aperçu en arrière aussi loin, il est donc important que nous gardions l'esprit ouvert sur ce que nous voyons", a déclaré Leja. "Bien que les données indiquent qu'il s'agit probablement de galaxies, je pense qu'il existe une possibilité réelle que quelques-uns de ces objets se révèlent être des trous noirs supermassifs obscurcis. Quoi qu'il en soit, la quantité de masse que nous avons découverte signifie que la masse connue des étoiles à cette période de notre univers est jusqu'à 100 fois supérieure à ce que nous pensions auparavant. Même si nous réduisons l'échantillon de moitié, cela reste un changement étonnant.

Dans un article publié aujourd'hui (22 février) dans Nature, les chercheurs montrent que les six galaxies sont bien plus massives que prévu et remettent en question ce que les scientifiques avaient compris auparavant sur la formation des galaxies au tout début de l'univers.

"La révélation que la formation massive de galaxies a commencé très tôt dans l'histoire de l'univers bouleverse ce que beaucoup d'entre nous pensaient être une science établie", a déclaré Leja. "Nous avons officieusement appelé ces objets" briseurs d'univers "- et jusqu'à présent, ils ont été à la hauteur de leur nom."

Leja a expliqué que les galaxies découvertes par l'équipe sont si massives qu'elles sont en tension avec 99% des modèles de cosmologie. La prise en compte d'une masse aussi élevée nécessiterait soit de modifier les modèles de cosmologie, soit de réviser la compréhension scientifique de la formation des galaxies dans l'univers primitif - que les galaxies ont commencé comme de petits nuages d'étoiles et de poussière qui ont progressivement grossi au fil du temps. L'un ou l'autre scénario nécessite un changement fondamental dans notre compréhension de la création de l'univers, a-t-il ajouté.

"Nous avons regardé pour la première fois dans l'univers primitif et nous n'avions aucune idée de ce que nous allions trouver", a déclaré Leja. "Il s'avère que nous avons trouvé quelque chose de si inattendu qu'il crée en fait des problèmes pour la science. Cela remet en question toute l'image de la formation des premières galaxies."

Le 12 juillet, la NASA a publié les premières images en couleur et données spectroscopiques du télescope spatial James Webb. Le plus grand télescope infrarouge de l'espace, Webb a été conçu pour voir la genèse du cosmos, sa haute résolution lui permettant de voir des objets trop vieux, lointains ou faibles pour le télescope spatial Hubble.

"Lorsque nous avons obtenu les données, tout le monde a commencé à plonger et ces choses massives sont apparues très rapidement", a déclaré Leja. "Nous avons commencé à faire du mannequinat et avons essayé de comprendre ce qu'ils étaient, parce qu'ils étaient si grands et brillants. Ma première pensée a été que nous avions fait une erreur et que nous allions simplement la trouver et continuer notre vie. Mais nous n'avons pas encore trouver cette erreur, malgré beaucoup d'essais."

Leja a expliqué qu'une façon de confirmer la découverte de l'équipe et d'atténuer les inquiétudes restantes serait de prendre une image du spectre des galaxies massives. Cela fournirait à l'équipe des données sur les vraies distances, ainsi que sur les gaz et autres éléments qui composaient les galaxies. L'équipe pourrait ensuite utiliser les données pour modéliser une image plus claire de ce à quoi ressemblaient les galaxies et de leur masse réelle.

"Un spectre nous dira immédiatement si ces choses sont réelles ou non", a déclaré Leja. "Cela nous montrera à quel point ils sont grands, à quelle distance ils sont. Ce qui est drôle, c'est que nous avons toutes ces choses que nous espérons apprendre de James Webb et cela n'était nulle part près du haut de la liste. Nous avons trouvé quelque chose que nous n'aurions jamais pensé demander à l'univers - et c'est arrivé bien plus vite que je ne le pensais, mais nous y sommes."

Les autres co-auteurs de l'article sont Elijah Mathews et Bingjie Wang de Penn State, Ivo Labbe de l'Université de technologie de Swinburne, Pieter van Dokkum de l'Université de Yale, Erica Nelson de l'Université du Colorado, Rachel Bezanson de l'Université de Pittsburgh, Katherine A. Suess de l'Université de Californie et de l'Université de Stanford, Gabriel Brammer de l'Université de Copenhague, Katherine Whitaker de l'Université du Massachusetts et de l'Université de Copenhague et Mauro Stefanon de l'Université de Valence.

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COMMENTAIRES

 L'observation  des données de James  Webb  et les analyses  spectrographiques soi disant primitives  et les analyses spectrographiques des éléments chimiques  de ces galaxies  peuvent

meme remettre en cause le modèle standard de la cosmologie  et pourquoi pas le Big Bang  ...Nous attebdrons donc avec impatience  la suite  des dépouillements de la  NASA

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More information: Ivo Labbe, A population of red candidate massive galaxies ~600 Myr after the Big Bang, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05786-2. www.nature.com/articles/s41586-023-05786-2

Journal information: Nature 

Provided by Pennsylvania State University