James Webb fait une découverte intrigante dans le jeune Univers

james webb telescope
Crédits : Frank Summers (STScI), Greg Bacon (STScI), Joseph DePasquale (STScI), Leah Hustak (STScI), Joseph Olmsted (STScI), Alyssa Pagan (STScI)

Le télescope spatial James Webb (JWST) a récemment fait une découverte qui bouleverse notre compréhension des premières galaxies et de l’origine des éléments essentiels à la vie. Les astronomes ont en effet détecté un nuage de carbone dans une galaxie lointaine, compacte, telle qu’elle apparaissait seulement 350 millions d’années après le Big Bang. Cette observation marque la première détection d’un élément autre que l’hydrogène dans l’Univers primordial.

Une découverte inattendue

Les recherches antérieures sur la formation des éléments dans l’Univers primitif suggéraient que le carbone, un élément essentiel pour la vie telle que nous la connaissons, n’avait commencé à se former en grande quantité qu’environ un milliard d’années après le Big Bang. Cette hypothèse était basée sur plusieurs observations et modèles théoriques de l’évolution stellaire et de la nucléosynthèse.

Dans le détail, après le Big Bang, l’Univers était principalement composé d’hydrogène, d’hélium et de traces de lithium. Les éléments plus lourds, connus sous le nom de métaux en astronomie, ont été créés dans les intérieurs brûlants des premières étoiles. Ces dernières, appelées étoiles de Population III, étaient très massives et de courte durée de vie.

On pensait jusqu’à présent que ces étoiles massives produisaient principalement de l’oxygène et d’autres éléments lourds, mais peu de carbone. Les modèles standards prédisaient en effet que cet élément se formerait en quantités significatives dans les générations d’étoiles suivantes (Population II) qui sont moins massives et ont des processus de fusion nucléaire différents.

Selon ces modèles, il aurait fallu plusieurs cycles de formation et de destruction d’étoiles pour enrichir l’Univers en carbone. Pour ces raisons, les grandes quantités de carbone nécessaires à la formation de planètes rocheuses et potentiellement à la vie étaient donc supposées apparaître très tardivement après le Big Bang, d’où l’intérêt de cette découverte. De récentes observations montrent en effet que le carbone s’est formé beaucoup plus tôt que prévu. Selon les chercheurs, cet élément pourrait même être le « métal » le plus ancien de tous.

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Crédits : NASA, ESA, ASC et STScI

La galaxie GS-z12 et ses secrets

Pour faire cette découverte, les astronomes ont utilisé le spectrographe proche infrarouge du télescope James Webb dans le but d’observer une ancienne galaxie connue sous le nom de GS-z12. En décomposant la lumière de cette galaxie en un spectre de couleurs, les chercheurs ont ainsi pu lire l’empreinte chimique de cet objet primitif développé seulement 350 millions d’années après le Big Bang. Ils ont alors trouvé un mélange de traces d’oxygène et de néon avec un fort signal de carbone.

La manière dont ce carbone a pu se former si tôt dans l’Univers reste incertaine. Les chercheurs suggèrent que cela pourrait être dû à l’effondrement d’étoiles avec moins d’énergie qu’on ne le pensait initialement. Dans ce cas, le carbone aurait pu se former dans les coquilles externes des étoiles et s’échapper dans l’Univers primitif au lieu d’être aspiré dans des trous noirs.

La détection de carbone si tôt a néanmoins des implications majeures pour la recherche de la vie ailleurs. En effet, étant donné que cet élément est considéré comme fondamental pour la vie telle que nous la connaissons, il n’est donc pas nécessairement vrai que la vie ait évolué beaucoup plus tard dans l’Univers.

Les résultats de cette recherche ont été acceptés pour publication dans la revue Astronomy & Astrophysics, et une version préimprimée est disponible sur arXiv.