De nouvelles observations du télescope spatial James Webb révèlent que des éléments lourds comme l’oxygène, le carbone et le silicium circulaient déjà dans l’espace intergalactique 500 millions d’années après le Big Bang. Cette découverte bouleverse les théories de l’astronomie moderne sur l’évolution chimique du jeune univers.
Seulement 500 millions d’années après le Big Bang, le gaz situé entre les galaxies contenait déjà des éléments essentiels à la vie, selon des observations réalisées par une équipe de chercheurs américains et japonais avec le télescope spatial James Webb. Jusqu’à présent, les astronomes pensaient que l’environnement intergalactique de cette époque primitive ne renfermait que de l’hydrogène et de l’hélium.
Toutefois, les mesures publiées dans la revue spécialisée Nature démontrent que le gaz était déjà enrichi en oxygène, en carbone et en silicium. Lors du Big Bang survenu il y a 13,8 milliards d’années, seuls l’hydrogène, l’hélium et de faibles quantités de lithium s’étaient formés. Les éléments plus lourds sont apparus plus tard grâce à la fusion nucléaire au cœur des étoiles.
Le télescope James Webb utilise les galaxies comme rétro-éclairage cosmique
Pour parvenir à ces résultats, l’équipe scientifique a analysé trois galaxies dont la lumière a voyagé pendant plus de 13 milliards d’années pour atteindre la Terre. Les astronomes observent ainsi ces systèmes stellaires tels qu’ils étaient 730, 655 et 515 millions d’années après le Big Bang.
Nous utilisons les galaxies pour ainsi dire comme un rétro-éclairage. Sur son chemin vers la Terre, la lumière traverse le gaz environnant de la galaxie. Nous pouvons ainsi découvrir des éléments individuels lorsqu’ils absorbent une partie de la lumière.
Yongda Zhu, Université de l’Arizona à Tucson
Dans le rayonnement émis par ces trois galaxies, Yongda Zhu et ses collègues ont identifié les signatures chimiques de l’oxygène, du carbone et du silicium. Les analyses indiquent également que ce gaz chargé d’éléments lourds s’éloigne activement des galaxies.
Un cycle de recyclage cosmique précoce qui résout une énigme d’astronomie
Les chercheurs expliquent que les galaxies éjectent ce gaz enrichi dans leur environnement direct, d’où il peut alimenter d’autres galaxies après plusieurs millions d’années. Les astronomes décrivent ce mécanisme comme un circuit fermé de matière cosmique. Les éléments lourds ne se perdent pas dans l’espace intergalactique, mais se recyclent au fil des millénaires pour s’accumuler à nouveau dans les étoiles.
Ce recyclage hâtif pourrait par ailleurs résoudre un problème de longue date pour les scientifiques. Les premières étoiles du cosmos devaient théoriquement être composées exclusivement d’hydrogène et d’hélium. Malgré des recherches intensives, les astronomes n’ont jamais réussi à repérer de telles étoiles de première génération.
Puisque les observations de l’équipe de Yongda Zhu confirment que le gaz pur d’hydrogène et d’hélium a disparu très tôt, la phase de formation des étoiles purement primordiales a été extrêmement brève, ne laissant probablement aucune trace observable aujourd’hui.
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