James Webb observe d’anciennes galaxies qui ont « transformé l’univers entier »

james webb telescope
Crédit : ESA/Webb, NASA & ASC, A. Martel

Une découverte fascinante réalisée par des astronomes utilisant le télescope spatial James Webb (JWST) met en lumière le rôle crucial que de petites galaxies ont joué dans l’évolution de l’univers primitif. Grâce à la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein et à l’effet de lentille gravitationnelle, les chercheurs ont pu observer ces objets lointains et comprendre leur impact significatif sur un processus connu sous le nom de réionisation cosmique. Explications.

Galaxies naines, acteurs cosmiques

La réionisation cosmique est un événement majeur dans l’histoire de l’univers durant lequel l’hydrogène neutre, qui prédominait, a été ionisé par des photons énergétiques. Ce processus a marqué la fin de l’âge des ténèbres cosmiques, une période où l’univers, encore jeune et opaque, était plongé dans l’obscurité. Grâce à la réionisation, l’univers est devenu transparent, permettant à la lumière de voyager librement. Cette transition a été essentielle pour la formation des structures complexes que nous observons aujourd’hui dans l’univers.

Dans le cadre de nouveaux travaux, des chercheurs ont identifié de petites galaxies qui sont analogues aux galaxies naines contemporaines. Elles sont désormais considérées comme des acteurs clés durant cette période critique de l’évolution cosmique, survenue entre 500 et 900 millions d’années après le Big Bang. Toutefois, le rôle des petites galaxies dans ce processus était jusqu’alors sous-estimé.

La recherche dirigée par Hakim Atek, de l’Institut d’Astrophysique de Paris, a plus précisément mis en lumière l’importance de ces galaxies dans la fourniture de l’énergie nécessaire à la réionisation cosmique. Leur contribution, considérablement plus importante que prévu, suggère que le rayonnement cumulatif de ces galaxies a eu la puissance de transformer l’ensemble de l’univers.

âge des ténèbres cosmiques galaxies james webb
L’évolution de l’univers avec la fin de l’âge des ténèbres cosmiques indiquée. Crédits : NASA

James Webb et lentille gravitationnelle

Cette percée a été rendue possible grâce au télescope spatial James Webb, dont les capacités spectroscopiques dans l’infrarouge ont permis d’observer ces galaxies naines lointaines, auparavant trop faibles pour être détectées.

Pour opérer, le télescope a utilisé un effet prédit par la théorie de la relativité générale d’Einstein et connu sous le nom de lentille gravitationnelle. Elle se produit lorsque la masse d’un objet, comme un amas de galaxies, courbe l’espace-temps autour de lui, modifiant ainsi la trajectoire de la lumière qui passe à proximité.

En utilisant l’amas de galaxies Abell 2744 comme une « loupe cosmique », le JWST a pu amplifier la lumière de ces petites galaxies lointaines afin de révéler des détails inédits sur leur nature et leur contribution à l’évolution de l’univers.

lentille gravitationnelle matière noire
Un diagramme montre comment la lumière provenant d’une source d’arrière-plan est courbée par sa masse, générant un effet appelé lentille gravitationnelle. Crédits : NASA, ESA et L. Calçada

Ces découvertes remettent ainsi en question les théories précédentes sur les sources de la réionisation cosmique et soulignent le potentiel des petites galaxies à influencer de manière significative le cours de l’histoire cosmique. La recherche future se concentrera sur l’extension de ces observations à d’autres régions de l’univers pour confirmer leur représentativité et explorer davantage la formation des premières galaxies.

Le projet JWST GLIMPSE ambitionne notamment de plonger plus profondément dans l’étude de ces galaxies primitives pour comprendre comment elles ont évolué sur douze milliards d’années pour devenir les galaxies que nous observons dans l’univers actuel.

Les détails de l’étude sont publiés dans la revue Nature.