Poussière carbonée dans le cosmos primitif

Déjà 800 millions d’années après le Big Bang, les jeunes galaxies contenaient de la poussière contenant de grandes quantités de carbone. C’est ce que montrent les observations du télescope James Webb, qui viennent d’être publiées par une équipe de recherche. La poussière carbonée est un élément important pour la formation de planètes rocheuses comme la Terre. Jusqu’à présent, les astronomes pensaient que ce type de poussière apparaissait au plus tôt deux milliards d’années après le Big Bang. Les chercheurs écrivent dans la revue Nature qu’il doit exister un moyen rapide et jusque-là ignoré de générer de la poussière carbonée.

La poussière carbonée se révèle à la lumière des galaxies en absorbant le rayonnement ultraviolet sur une large gamme de longueurs d’onde. Cette « bosse UV » est causée par de minuscules grains de poussière, de quelques nanomètres seulement – ​​c’est-à-dire des millionièmes de millimètre – qui sont riches en molécules contenant du carbone. Un composant principal sont les hydrocarbures polycycliques, qui se composent de plusieurs cycles d’atomes de carbone et d’hydrogène.

Ces minuscules grains de poussière sont d’une grande importance pour l’astronomie. Parce qu’ils sont la première étape de la formation des planètes rocheuses : Les grains de poussière se combinent pour former des grains plus gros, se condensent en roche et ces fragments de roche forment des corps célestes de plus en plus gros et enfin des planètes par collisions. Jusqu’à présent, les chercheurs pensaient que ce processus ne pouvait avoir lieu que plus tard dans l’histoire du cosmos.

Car la principale source de poussière carbonée était jusqu’à présent les géantes rouges – des étoiles semblables à notre soleil, qui se sont gonflées à la fin de leur développement avant de finalement se rétrécir en une naine blanche. Dans l’atmosphère relativement froide de ces géantes rouges, des molécules de carbone complexes pourraient se former et se combiner pour former des grains de poussière sans être immédiatement détruites à nouveau par le rayonnement de l’étoile. Cependant, il faut plusieurs milliards d’années pour que les étoiles semblables au soleil deviennent des géantes rouges – 800 millions d’années après le Big Bang, il n’y avait pas assez d’étoiles anciennes pour expliquer la poussière carbonée.

Malgré cela, Joris Witstok de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni et son équipe ont détecté précisément cette poussière dans la galaxie JADES-GS-z6-0. Il est si loin que sa lumière met 13 milliards d’années pour atteindre la Terre. Nous le voyons donc tel qu’il était il y a 13 milliards d’années – le Big Bang était il y a 13,8 milliards d’années. En octobre 2022, les chercheurs ont observé un total de 253 galaxies lointaines avec le James Web Telescope avec des temps d’exposition de 9 à 28 heures chacune. Parmi eux, 49 se sont avérés si éloignés que les chercheurs les ont vus moins de 1,5 milliard d’années après le Big Bang. Dans dix de ces jeunes galaxies, l’équipe a pu détecter clairement la “bosse UV” – et donc la poussière carbonée.

Les premiers blocs de construction importants pour la formation de planètes semblables à la Terre étaient déjà 800 millions d’années après le Big Bang. Mais d’où vient la poussière ? Witstok et son équipe n’ont pas encore de réponse à cette question – un travail théorique supplémentaire est nécessaire ici. Comme source possible, ils considèrent les étoiles massives dans les systèmes d’étoiles binaires qui ont explosé en supernova et qui ont peut-être libéré beaucoup de carbone.