La James Webb Télescope spatial est à moins d’une semaine de livrer ses premières images scientifiques le 12 juillet 2022. Ce moment marque le début d’une nouvelle ère dans l’exploration extragalactique, c’est-à-dire l’étude des milliards de galaxies au-delà des bras spiraux de notre propre Voie lactée.
La suite de caméras de haute technologie de Webb et son miroir de 6,5 mètres permettront aux scientifiques de regarder plus loin et plus profondément qu’avec tout autre télescope de l’histoire. Ce qu’il révèle modifiera probablement notre perception de la formation des galaxies et notre compréhension fondamentale de l’univers.
Une partie importante de la réalisation de cette science hallucinante consistera à utiliser les pouvoirs infrarouges et spectroscopiques de Webb pour scruter les noyaux bouillonnants des galaxies en fusion. Ce qu’il trouvera aidera les scientifiques à reconstituer l’importance des fusions en tant qu’usines de marquage des étoiles, à expliquer les mécanismes obscurs qui les sous-tendent et à combler certaines des pièces manquantes du puzzle sur la formation de l’univers.
« Vous ne pourrez jamais répondre à la question « comment se forment les galaxies » si vous ne comprenez pas bien les fusions. C’est tout simplement impossible. Christophe Conseliceun astronome extragalactique de l’Université de Manchester, raconte Inverse.
Qu’est-ce qui fait qu’une galaxie fusionne ?
Les fusions de galaxies sont ce qu’elles disent être : une fusion se produit lorsque deux (ou parfois trois) galaxies s’écrasent l’une sur l’autre et ne font plus qu’une. Le processus peut prendre plusieurs centaines de millions, voire quelques milliards d’années, un temps relativement court par rapport à la durée de vie d’une galaxie typique.
Ces collisions se produisent plus souvent que vous ne le pensez. Partout de 5 pour cent à 25 pour cent de toutes les galaxies existantes fusionnent, et beaucoup d’autres ont probablement connu une sorte de fusion – qu’elle soit majeure ou mineure – dans le passé. Notre propre Voie lactée est elle-même sur une trajectoire de collision : elle connaîtra une fusion majeure avec la galaxie d’Andromède dans environ 4,5 milliards d’années.
Lorsque cela se produit, comme c’est souvent le cas avec les fusions de galaxies, ce nouvel hybride Voie lactée-Andromède assistera à une augmentation rapide de la formation d’étoiles alors que les nuages de gaz tourbillonnent, s’effondrent et forment de nouvelles étoiles – beaucoup de nouvelles vedettes.
Votre galaxie solo typique ne produira qu’une ou deux masses solaires par an. La fusion des galaxies, d’autre part, peut produire des centaines de masses solaires par an et créer des explosions d’étoiles massives ainsi que de puissants noyaux galactiques actifs.
Parce que ces galaxies produisent des étoiles à une vitesse aussi rapide, elles sont beaucoup plus brillantes – en particulier dans le spectre infrarouge – que les autres galaxies non fusionnantes, de sorte que les scientifiques les désignent comme des galaxies infrarouges lumineuses ou LIRG. Toutes ces galaxies brillantes ne sont pas nécessairement des galaxies fusionnantes, mais la plupart d’entre eux sont.
C’est là qu’intervient le télescope Webb : il scrutera bientôt de près quatre galaxies infrarouges lumineuses spéciales. Tous les quatre ont des noms que seuls les astronomes peuvent aimer comme NGC 7469, NGC 3256, II Zw 096 et VV114. Mais nous pouvons tous gagner à découvrir leur fonctionnement.
Le programme est conçu pour “être le premier à explorer les capacités de James Webb et à voir ce que nous pouvons voir”, Viviane Uun astronome extragalactique de l’Université de Californie, Irvine, et co-chercheur sur l’étude du télescope Webbraconte Inverse.
“La science est très large… nous avons donc essayé de choisir des objets qui atteignaient une variété de paramètres.”
Il n’y a pas deux galaxies infrarouges lumineuses identiques. L’équipe a donc sélectionné divers objets à différents stades de fusion ainsi qu’avec différentes quantités de poussière, d’amas d’étoiles et d’écoulements. Cette gamme offrira un large aperçu des fusions de galaxies, de leur formation et de la façon dont elles créent des étoiles si rapidement.
Regardant à travers la poussière
Les galaxies en fusion font partie des moteurs de création d’étoiles les plus puissants de l’univers, mais nous ne savons pas grand-chose à leur sujet. Nous savons qu’ils créent beaucoup plus de masse solaire que d’habitude, mais nous ne savons pas comment cela se produit et comment les ressources de ces galaxies riches en gaz sont partagées entre leurs trous noirs fusionnés et les étoiles qu’ils forment.
C’est parce que les galaxies infrarouges lumineuses soulèvent beaucoup de poussière, en particulier en leur cœur, où se déroule la majeure partie de l’action. Les télescopes spatiaux plus anciens comme Hubble et Spitzer ne peuvent pas pénétrer l’épais voile de poussière pour observer ce qui se cache à l’intérieur.
“La poussière aime absorber la lumière dans les UV”, explique Conselice.
“Nous voyons donc ces galaxies inégales et nous ne savons pas vraiment ce qui se passe avec elles.”
Heureusement, le télescope Webb a quelques tours dans sa manche. Avec son spectrographe dans le proche infrarouge (NIRSpec), sa caméra dans le proche infrarouge (NIRCam), son instrument dans l’infrarouge moyen (MIRI) et son miroir de 6,5 mètres, Webb pourra ouvrir le rideau et bien voir ce qui se passe à l’intérieur . Non seulement Webb fournira des images haute résolution de galaxies infrarouges lumineuses, mais il faudra également divers spectres qui peuvent révéler leur contenu et le mouvement à l’intérieur d’eux.
“Une image vous indique où se trouvent les choses ou à quoi elles ressemblent”, dit U. “[With Webb] Je vois comment les choses évoluent. Je peux voir la cinématique et comment le gaz se déplace autour d’un trou noir supermassif.
“Avec James Webb, nous pouvons voir beaucoup plus profondément et beaucoup plus près.”
À quelle profondeur et à quelle distance exactement ? La NASA pense le télescope Webb fournira des données 50 à 100 fois plus sensibles que les relevés infrarouges précédents et pourra zoomer sur des zones de seulement 150 à 300 années-lumière (les galaxies peuvent avoir des centaines de millions d’années-lumière de large, c’est donc relativement petite).
Pas trop mal.
Grand télescope, grandes implications
Alors que Webb comblera de nombreuses lacunes sur ce que nous savons sur la fusion des galaxies et des LIRG, il reviendra également sur certaines des premières galaxies de l’univers.
De son côté, l’astronome Les sondes de travail de Conselice aux confins de l’univers connu. Alors que le télescope Hubble pourrait voir des «jeunes galaxies» se former quelque 700 millions d’années après le Big Bang, le télescope Webb verra certaines des toutes premières étoiles de l’univers – les «bébés galaxies».
Parce que l’univers primitif était beaucoup plus chaud et plus dense qu’il ne l’est aujourd’hui, des études montrent que les fusions de galaxies étaient plus courantes au cours des premières années de l’univers. Cela rend la compréhension de la mécanique des fusions de galaxies – que ce soit dans l’univers local ou sur ses bords – d’autant plus importante.
“C’est un processus majeur dans l’histoire de la formation des galaxies”, explique Conselice.
Conselice dit que l’étude des fusions pourrait aider à répondre aux questions persistantes sur des parties spécifiques des galaxies, comme les trous noirs et la formation d’étoiles, et également mettre en lumière des mystères plus larges du cosmos comme la matière noire et l’énergie noire. Ils peuvent même aider à comprendre comment l’univers connu a vu le jour.
Et le voyage pour répondre à cette question a commencé. Le télescope Webb a déjà capturé l’imagerie infrarouge d’au moins une des galaxies infrarouges lumineuses qu’il est destiné à cibler, et U s’attend à ce que les données des quatre cibles de galaxies infrarouges lumineuses de son programme soient disponibles d’ici la fin de l’année.
Une nouvelle ère de l’astronomie alimentée par Webb est enfin arrivée.
