Des astronomes ont découvert que certaines des plus grandes galaxies de l’univers primitif contenaient beaucoup plus d’étoiles petites que les scientifiques ne l’avaient réalisé auparavant. Cette population cachée signifie que ces anciennes galaxies pourraient être significativement plus massives que les estimations antérieures ne l’indiquaient.
Cette découverte, réalisée par une équipe internationale comprenant des chercheurs de Penn State, remet en question les théories sur la formation et l’évolution des premières galaxies. Les résultats ont été publiés dans Nature Astronomy.
Le JWST révèle des étoiles faibles dans les galaxies anciennes
À l’aide du télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA, les chercheurs ont examiné neuf galaxies massives et matures qui ont cessé de produire de nouvelles étoiles il y a des milliards d’années. Ils ont combiné les observations du JWST de l’univers lointain avec des données antérieures obtenues par le Very Large Telescope.
Pour la première fois, l’équipe a pu estimer de manière fiable les nombres relatifs d’étoiles petites et faibles et d’étoiles beaucoup plus grandes et brillantes dans des galaxies à de telles distances.
« Ces galaxies sont différentes, » a déclaré Joel Leja, professeur associé d’astronomie et d’astrophysique à Penn State et co-auteur de l’article. « Elles sont différentes d’une manière vraiment difficile à comprendre, car elles sont plus massives que nous ne l’avions prévu — beaucoup plus massives, elles ont trois à quatre fois plus de masse que nous ne l’avions anticipé. »
Les astronomes ont effectué ces mes en séparant la lumière de chaque galaxie en un spectre. De petites variations de couleur au sein de ce spectre peuvent révéler les types d’étoiles présentes.
La difficulté réside dans le fait que les grandes étoiles lumineuses dominent la lumière, tandis que les étoiles plus petites sont beaucoup plus faibles et donc plus difficiles à identifier. Les chercheurs de Penn State ont contribué à modéliser la lumière détectée des systèmes galactiques.
Les étoiles brillantes peuvent cacher d’immenses populations stellaires
« Si une galaxie était une ville, les étoiles les plus brillantes seraient les gratte-ciels qui attirent immédiatement votre attention de loin, » a déclaré Chloe Cheng, auteur principal et récente diplômée de l’Université de Leiden. « Nos modèles montrent qu’une population beaucoup plus nombreuse d’étoiles de faible masse est dissimulée par ces rares étoiles brillantes, comme des maisons cachées entre des gratte-ciels. En conséquence, cette galaxie se révèle beaucoup plus massive que les estimations précédentes ne le laissaient supposer. »
Traditionnellement, les astronomes qui estiment la masse cachée dans les petites étoiles faibles ont supposé que les étoiles se formaient dans des proportions à peu près similaires dans tout l’univers. Les nouvelles découvertes remettent en question cette hypothèse de longue date.
Les chercheurs ont trouvé que les galaxies les plus massives de l’univers primitif semblent contenir une part beaucoup plus importante d’étoiles de faible masse que des galaxies plus petites comme la Voie lactée.
Une galaxie s’est particulièrement distinguée, selon Martje Slob, co-auteur et doctorant à l’Université de Leiden. Elle s’est probablement formée moins d’un milliard et demi d’années après le Big Bang et pourrait être jusqu’à quatre fois plus massive que les calculs précédents ne le laissaient entendre.
« Jusqu’à récemment, des mes comme celles-ci étaient tout simplement impossibles, » a déclaré Slob. « Nous avions besoin non seulement d’un télescope capable de magnifier des galaxies très lointaines, mais aussi de spectres de qualité exceptionnelle et de nouvelles techniques d’analyse pour détecter de manière fiable les signatures subtiles des étoiles faibles dissimulées dans ces titans cosmiques. »
Un casse-tête encore plus grand sur l’univers primitif
Les résultats pourraient avoir des conséquences majeures pour les scientifiques cherchant à comprendre comment les galaxies se sont développées dans l’univers jeune.
Depuis que le JWST a commencé à observer le cosmos, des astronomes ont identifié à plusieurs reprises des galaxies massives et matures qui existaient relativement tôt après le Big Bang. Ces découvertes ont déjà mis à l’épreuve les modèles existants de formation des galaxies.
« Cette découverte a des implications cruciales pour notre compréhension de l’univers primitif, » a déclaré Leja, également affilié à l’Institut de sciences computationnelles et de données de Penn State. « Depuis le lancement du JWST, les astronomes ont trouvé des galaxies massives et matures qui existaient déjà peu après le Big Bang. Ces galaxies très anciennes sont censées évoluer vers le type de galaxies étudiées dans ce travail; ajouter jusqu’à quatre fois plus d’étoiles à ces galaxies massives en formation précoce accentue encore ces tensions. »
Si des galaxies comme celles-ci contenaient substantiellement plus d’étoiles que les chercheurs ne l’avaient précédemment estimé, les théories de la formation des galaxies doivent tenir compte de la manière dont un tel nombre d’étoiles de faible masse a pu apparaître si tôt dans l’histoire cosmique.
Des étoiles cachées pourraient également signifier plus de planètes anciennes
Les implications pourraient s’étendre au-delà de la formation des galaxies.
« Ce résultat montre qu’une masse beaucoup plus importante que prévu est cachée dans des étoiles de faible masse, » a déclaré Mariska Kriek, qui a dirigé la recherche et est professeure d’astronomie extragalactique à l’Observatoire de Leiden. « Cela a des conséquences pour de nombreux domaines de l’astronomie. Par exemple, comme de nombreuses planètes orbitent autour d’étoiles de faible masse, cela pourrait même indiquer que plus de planètes se sont formées dans l’univers primitif que nous ne l’avions précédemment supposé. »
Au cours des prochaines années, les chercheurs prévoient d’utiliser la même technique pour étudier des galaxies provenant de périodes encore plus anciennes. Leur objectif est de rapprocher les observations du moment où les premières générations d’étoiles et de galaxies de l’univers ont commencé à émerger.
Source : Nature Astronomy.
