Le télescope Webb capture la formation précoce des galaxies en action

Les astronomes du Cosmic Dawn Center ont dévoilé la nature de la région la plus dense de galaxies vue avec le télescope spatial James Webb dans l’univers primitif. Ils trouvent qu’il s’agit probablement de l’ancêtre d’une galaxie massive ressemblant à la Voie lactée, vue à une époque où elle s’assemble encore à partir de galaxies plus petites. Cette découverte corrobore notre compréhension de la formation des galaxies.

Selon notre compréhension actuelle de la formation des structures dans l’univers, les galaxies se forment de manière hiérarchique, avec de petites structures se formant d’abord dans le tout univers primitif, fusionnant plus tard pour construire de plus grandes structures. C’est la prédiction des théories et simulations informatiqueset est vérifiée par des observations de galaxies à différentes époques de l’histoire de l’univers.

Pour observer l’assemblage des toutes premières structures, il faut remonter le plus loin possible dans le temps, donc le plus loin possible. Mais ces sources sont à la fois très petites et très faibles, et leur détection nécessite des technologies avancées.

Dans une nouvelle étude, le premier ancêtre de ce qui aujourd’hui aura probablement évolué en une galaxie massive de la taille de la Voie lactée a été détecté. Ce groupe de galaxies plus petites, surnommé CGG-z5, a été découvert grâce au programme d’observation appelé “CEERS” avec le télescope spatial James Webb, et est observé alors que l’univers n’avait que 1,1 milliard d’années, soit 8% de son âge actuel.

CGG-z5 a été découvert à l’aide du code GalCluster, qui a été créé par Nikolaj Sillassen, étudiant en maîtrise au Cosmic Dawn Center (DAWN).

“J’ai développé le logiciel pendant mes études pour détecter ce type de structures, et maintenant nous l’avons appliqué aux données du programme CEERS”, explique Nikolaj Sillassen, qui a déjà trouvé un groupe similaire mais plus proche en testant le logiciel.

“C’est formidable de voir à quel point mon code devient utile.”

Impossible sans James Webb

Les membres les plus brillants du groupe de galaxies ont été découverts précédemment avec le télescope spatial Hubble. Mais le programme CEERS a révélé de nouveaux membres plus petits.

“Les autres membres du groupe sont à la fois petits et faibles. Sans la sensibilité et la résolution spatiale de James Webb, nous ne pourrions tout simplement pas les détecter”, explique Shuowen Jin, Marie Curie Fellow au Cosmic Dawn Center (DAWN ) et auteur principal de la présente étude.

Ce que sera exactement le “futur” du groupe de galaxies CGG-z5, est bien sûr inconnu. Plutôt que de former une seule galaxie, il se pourrait que le groupe évolue en un grand amas de galaxies à des moments ultérieurs. Encore une autre possibilité est que les membres ne soient en réalité pas aussi serrés qu’il n’y paraît, mais fassent plutôt partie d’une structure filamentaire que nous voyons d’un bout à l’autre.

Aide de simulations informatiques

Pour faire la distinction entre ces scénarios, des observations plus précises impliquant la spectroscopie plus chronophage sont nécessaires. Mais en attendant, de l’aide est disponible à partir de simulations informatiques :

“Afin de mieux comprendre la nature et l’évolution de CGG-z5, nous avons recherché des structures similaires dans des simulations hydrodynamiques à grande échelle”, explique Aswin Vijiayan, chercheur postdoctoral au Cosmic Dawn Center qui a dirigé le simulation analyse dans l’étude. “Nous avons trouvé 14 structures qui correspondent étroitement à la propriétés physiques de notre groupe observé CGG-z5, puis a retracé l’évolution de ces structures à travers le temps dans les simulations, du début de l’univers à l’époque actuelle.

Bien que le déroulement exact de l’évolution de ces 14 structures soit différent, elles ont toutes connu le même sort : environ 0,5 à 1 milliard d’années plus tard, elles fusionnent pour former une seule galaxie qui, au moment où la univers a la moitié de son âge actuel, a des masses comparables à notre propre Voie lactée.

“Compte tenu des prédictions des simulations, il est donc tentant de supposer que le système CGG-z5 suivra également une voie évolutive similaire et que nous avons capturé le processus d’assemblage de petites galaxies en une seule galaxie massive”, a déclaré Shuowen Jin.

“Il est intéressant de noter que le nombre de ces premiers groupes comme CGG-z5 dans un volume d’espace donné est similaire au nombre de galaxies massives à des époques cosmiques ultérieures”, explique Georgios Magdis, professeur associé à DAWN et participant à l’étude. “Cela rend les groupes qui fusionnent attrayants en tant que principaux géniteurs de galaxies à des époques ultérieures. »

L’étude est publiée dans la revue Astronomie & Astrophysique.