Webb de la NASA franchit une nouvelle étape dans sa quête de galaxies lointaines

Une équipe internationale d’astronomes a utilisé les données du télescope spatial James Webb de la NASA pour signaler la découverte des premières galaxies confirmées à ce jour. La lumière de ces galaxies a mis plus de 13,4 milliards d’années à nous parvenir, car ces galaxies remontent à moins de 400 millions d’années après le big bang, alors que l’univers n’avait que 2 % de son âge actuel.

Des données antérieures de Webb avaient fourni des candidats pour de telles galaxies naissantes. Désormais, ces objectifs ont été confirmés par l’obtention observations spectroscopiquesrévélant des motifs caractéristiques et distinctifs dans les empreintes digitales de la lumière provenant de ces galaxies incroyablement faibles.

“Il était crucial de prouver que ces galaxies habitent effectivement l’univers primitif. Il est très possible que des galaxies plus proches se fassent passer pour des galaxies très éloignées”, a déclaré l’astronome et co-auteur Emma Curtis-Lake de l’Université du Hertfordshire aux États-Unis. Royaume. “Voir le spectre révélé comme nous l’espérions, confirmant que ces galaxies sont à la limite de notre champ de vision, certaines plus éloignées que ce que Hubble pouvait voir ! C’est une réalisation extrêmement excitante pour la mission.”

Les observations résultent d’une collaboration de scientifiques qui ont dirigé le développement de deux des instruments à bord de Webb, la caméra proche infrarouge (NIRCam) et le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec).

L’étude des galaxies les plus faibles et les plus anciennes a été la principale motivation derrière les concepts de ces instruments. En 2015, les équipes d’instruments se sont réunies pour proposer le JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), un programme ambitieux qui a été alloué un peu plus d’un mois du temps du télescope réparti sur deux ans, et est conçu pour fournir une vue de l’univers primitif. sans précédent dans la profondeur et les détails.

JADES est un coopération internationale de plus de quatre-vingts astronomes de dix pays. “Ces résultats sont l’aboutissement de la raison pour laquelle les équipes NIRCam et NIRSpec se sont associées pour exécuter ce programme d’observation”, a partagé la co-auteure Marcia Rieke, chercheuse principale de NIRCam, de l’Université d’Arizona à Tucson.

La première série d’observations JADES s’est concentrée sur la zone à l’intérieur et autour du champ ultra profond du télescope spatial Hubble. Depuis plus de 20 ans, cette petite parcelle de ciel a été la cible de presque tous les grands télescopes, créant un ensemble de données exceptionnellement sensible couvrant tout le spectre électromagnétique. Maintenant, Webb ajoute sa vue unique, fournissant les images les plus faibles et les plus nettes jamais obtenues.

Le programme JADES a commencé avec NIRCam, utilisant plus de 10 jours de temps de mission pour observer le champ dans neuf couleurs infrarouges différentes et produisant des images exquises du ciel. La région est 15 fois plus grande que les images infrarouges les plus profondes produites par le télescope spatial Hubble, mais elle est encore plus profonde et plus nette à ces longueurs d’onde. L’image n’est que la taille qu’un humain apparaît lorsqu’il est vu à un mile de distance. Pourtant, il regorge de près de 100 000 galaxies, chacune capturée à un moment donné de leur histoire, des milliards d’années dans le passé.

“Pour la première fois, nous avons découvert des galaxies seulement 350 millions d’années après la Big Banget nous pouvons être absolument sûrs de leurs distances fantastiques », a partagé le co-auteur Brant Robertson de l’Université de Californie à Santa Cruz, membre de l’équipe scientifique NIRCam. vivre.”

D’après ces images, les galaxies du univers primitif se distinguent par un aspect révélateur de leurs couleurs multi-longueurs d’onde. La longueur d’onde de la lumière est étirée à mesure que l’univers s’étend, et la lumière de ces galaxies les plus jeunes a été étirée jusqu’à un facteur 14.

Les astronomes recherchent des galaxies faibles visibles dans l’infrarouge mais dont la lumière se coupe brusquement à une longueur d’onde critique. L’emplacement de la coupure dans le spectre de chaque galaxie est décalé par l’expansion de l’univers. L’équipe JADES a parcouru les images Webb à la recherche de ces candidats distinctifs.

Ils ont ensuite utilisé l’instrument NIRSpec, pour une seule période d’observation s’étalant sur trois jours totalisant 28 heures de collecte de données. L’équipe a recueilli la lumière de 250 galaxies faibles, permettant aux astronomes d’étudier les motifs imprimés sur le spectre par les atomes de chaque galaxie. Cela a donné une mesure précise du décalage vers le rouge de chaque galaxie et a révélé les propriétés du gaz et des étoiles dans ces galaxies.

“Ce sont de loin les spectres infrarouges les plus faibles jamais enregistrés”, a déclaré l’astronome et co-auteur Stefano Carniani de la Scuola Normale Superiore en Italie. “Ils révèlent ce que nous espérions voir : une mesure précise de la longueur d’onde de coupure de la lumière due à la diffusion de l’hydrogène intergalactique.”

Quatre des galaxies étudiées sont particulièrement spéciales, car elles se sont révélées être à une époque sans précédent. Les résultats ont fourni une confirmation spectroscopique que ces quatre galaxies se situent à des décalages vers le rouge supérieurs à 10, dont deux à un décalage vers le rouge de 13. Cela correspond à une époque où l’univers avait environ 330 millions d’années, établissant une nouvelle frontière dans la recherche de galaxies lointaines. Ces galaxies sont extrêmement faibles en raison de leur grande distance par rapport à nous. Les astronomes peuvent désormais explorer leurs propriétés, grâce à la sensibilité exquise de Webb.

L’astronome et co-auteur Sandro Tacchella de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni a expliqué : « Il est difficile de comprendre les galaxies sans comprendre les périodes initiales de leur développement. Tout comme avec les humains, une grande partie de ce qui se passe ensuite dépend de l’impact de ces premières générations de stars. Autant de questions sur galaxies attendons l’opportunité transformatrice de Webb, et nous sommes ravis de pouvoir jouer un rôle dans la révélation de cette histoire.”

JADES se poursuivra en 2023 avec une étude détaillée d’un autre domaine, celui-ci centré sur l’emblématique Hubble Deep Field, puis reviendra sur l’Ultra Deep Field pour une autre série d’imagerie et de spectroscopie profondes. De nombreux autres candidats dans le domaine attendent une enquête spectroscopique, avec des centaines d’heures supplémentaires déjà approuvées.