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Le télescope spatial James Webb, qui est le nouveau bijou de l’observation spatiale, sera lancé le 18 décembre… Avec le télescope Hubble, les cosmologistes pouvaient seulement sonder l’état de l’Univers observable environ 500 millions d’années après le Big Bang en utilisant des lentilles gravitationnelles. Avec le James Webb, cette limite devrait être d’environ 150 millions d’années, ce qui permettra d’explorer la période de réionisation qui va des âges sombres à l’aube cosmique, période dont on ne connaît pas encore exactement le début ni la fin. En gros, en prenant en compte les différentes variantes, on s’accorde généralement à dire qu’elle s’est produite entre 130 millions et 950 millions d’années après le Big Bang.
Rappelons qu’environ 380 000 ans après le Big Bang, en quelques milliers d’années, la température du cosmos a suffisamment baissé pour permettre la formation d’atomes neutres, libérant ainsi le fameux rayonnement fossile. La réionisation est le moment où les premières étoiles et quasars se sont formés, de sorte que par leur rayonnement, ces atomes ont recommencé à s’ioniser. On aimerait bien comprendre ce qui se passe pendant cette période, où l’effondrement de la matière noire accélère l’effondrement de la matière connue pour former les premières galaxies qui sont suffisamment proches les unes des autres pour subir fréquemment des forces de marée et des collisions.
Le modèle cosmologique standard depuis une décennie fait surtout croître les galaxies et les trous noirs géants qu’elles hébergent, qui peuvent se transformer en quasars en canalisant des courants de matière baryonique froide via des filaments de matière noire tombant sur les galaxies en formation et en évolution.
Au cours des 13,8 milliards d’années écoulées, l’Univers n’a cessé d’évoluer. Contrairement à ce que nos yeux nous disent lorsque nous regardons le ciel, ce qui le compose est loin d’être immobile. Les physiciens disposent d’observations à différents âges de l’Univers et effectuent des simulations dans lesquelles ils rejouent sa formation et son évolution. Il semble que la matière noire ait joué un rôle majeur depuis le début de l’Univers jusqu’à la formation des grandes structures observées aujourd’hui.
Pour comprendre tous ces phénomènes, il est nécessaire de réaliser des simulations numériques. Au fil des années, ces simulations sont devenues de plus en plus puissantes et affinées, prenant en compte non seulement la dynamique de la matière noire, qui est la composante dominante de la matière dans l’Univers observable, mais aussi l’interaction de la matière ordinaire avec les explosions de supernovae et l’évolution chimique des galaxies résultant de la nucléosynthèse stellaire qui affecte la formation de nouvelles étoiles.
Ces modèles sont destinés à être améliorés, mais il y a plus d’une décennie, ils tendaient à dire que lorsque le James Webb serait opérationnel, il devrait observer un grand nombre de petites galaxies irrégulières, environ 500 millions d’années après le Big Bang. Cependant, ce n’est pas du tout ce que nous observons.
De plus, l’astrophysicien et cosmologiste américain Stacy McGaugh, connu pour ses travaux basés sur la théorie Mond (Dynamique newtonienne modifiée), a déclaré sur Twitter au début de l’été 2022 que si le télescope James Webb observait effectivement de nombreuses grandes galaxies tôt dans l’histoire de l’Univers observable, cela pourrait remettre en question le modèle standard de la cosmologie basé sur l’existence de la matière noire et valider la théorie Mond.
Cependant, dans un article que nous avons consacré aux déclarations de McGaugh, nous avons également interrogé Françoise Combes et Romain Teyssier, qui nous ont incités à la prudence. Nous avons également interrogé Johan Richard, un astronome qui cherche justement à observer les premières galaxies avec le James Webb, du Centre de recherche astrophysique de Lyon.
Des simulations récentes suggèrent que les galaxies lointaines observées par le James Webb sont moins grandes que ce que l’on pensait initialement, ce qui explique leur luminosité plus élevée que prévue. Les simulations prennent en compte les processus de formation des étoiles, ce qui entraîne des flambées intenses de formation d’étoiles, suivies de périodes de calme. Ces flambées sont plus violentes et plus productives en termes de formation d’étoiles que ce que nous connaissions auparavant. Ainsi, des galaxies plus petites au début de la réionisation peuvent sembler aussi lumineuses que des galaxies plus grandes, donnant l’impression que les galaxies se développent plus rapidement.
En conclusion, les chercheurs semblent reproduire les observations du James Webb et confirmer le modèle cosmologique standard. Si c’est le cas, nous n’avons donc pas de raisons supplémentaires de remettre en question ce modèle ni d’accréditer davantage la théorie Mond.
Les nouvelles simulations ont été réalisées dans le cadre du projet Rétroaction des environnements relativistes (FIRE), co-fondé par Faucher-Giguère avec des collaborateurs du California Institute of Technology, de l’université de Princeton, de l’université de Californie à San Diego, du Centre d’Astrophysique Informatique du Flatiron Institute du Massachusetts Institute of Technology et de l’université de Californie à Davis.
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