Une galaxie dont la lumière a parcouru près de 13,5 milliards d’années pour nous parvenir vient d’être confirmée comme la plus ancienne galaxie découverte à ce jour.
En étudiant la teneur en oxygène de la galaxie avec l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), les astronomes l’ont datée précisément à seulement 367 millions d’années après le Big Bang, une époque où les premières lumières de l’Univers s’allumaient encore et commençaient se propager librement dans l’espace.
Le résultat confirme les observations faites par JWST et offre de nouvelles informations sur l’Univers primordial qui nous renseignent sur les origines des éléments.
“Les premières images du télescope spatial James Webb ont révélé tellement de galaxies primitives que nous avons pensé que nous devions tester ses résultats en utilisant le meilleur observatoire sur Terre”, explique l’astronome Tom Bakx de l’université de Nagoya au Japon.
“C’était une période très excitante pour être un astronome d’observation, et nous pouvions suivre l’état des observations qui testeront les résultats du JWST en temps réel.”
La galaxie, nommée GHZ2/GLASS-z12, a été repérée pour la première fois par JWST en juillet de l’année dernière, peu de temps après que le télescope a ouvert son œil doré segmenté sur la lumière infrarouge de l’Univers.
Un article de novembre a détaillé la découverte, remontant à environ 350 millions d’années après le Big Bang, qui a eu lieu il y a environ 13,8 milliards d’années.
C’est en fait assez étonnant, mais toute découverte astronomique est nettement plus robuste si elle peut être confirmée à l’aide d’un instrument indépendant.
Ainsi, une équipe dirigée par Bakx et l’astronome Jorge Zavala de l’Observatoire astronomique national du Japon s’est tournée vers le radiotélescope ALMA pour voir ce qu’ils pouvaient apprendre de plus sur la galaxie naissante.
Ils ont orienté ALMA vers GHZ2/GLASS-z12 et ont commencé à rechercher une signature d’émission sur le spectre radio associé à l’oxygène.
Étant donné que l’oxygène prend un temps relativement court à se former, il est couramment utilisé pour en savoir plus sur les galaxies de l’Univers primordial. Et lorsque la lumière pénètre dans l’oxygène, elle est réémise dans une plage de longueurs d’onde spécifique, ce qui donne une ligne plus brillante sur cette partie du spectre.
L’image de GHZ2/GLASS-z12 avec le spectre ALMA associé. (NASA/ESA/CSA/T. Treu, UCLA/NAOJ/T. Bakx, Université de Nagoya)
Chacune des 66 antennes radio de 12 mètres qui composent ALMA a été mise au travail, détectant finalement une ligne d’émission d’oxygène proche de la position de GHZ2/GLASS-z12. Des analyses de suivi et des tests statistiques ont déterminé que le signal était réel et lié à la galaxie.
“Nous étions initialement préoccupés par la légère variation de position entre la ligne d’émission d’oxygène détectée et la galaxie vue par Webb”, explique Bakx.
“Mais nous avons effectué des tests détaillés sur les observations pour confirmer qu’il s’agit vraiment d’une détection robuste, et il est très difficile de l’expliquer par une autre interprétation.”
La très faible distance entre la galaxie et l’émission d’oxygène pourrait suggérer que de violentes explosions ou interactions ont dépouillé la galaxie d’une grande partie de son gaz, la projetant dans l’espace intergalactique.
L’équipe a daté ses observations à 367 millions d’années plus précises après le Big Bang. Et, sur la base de la luminosité de la raie d’émission, ils ont pu déduire que la galaxie avait formé relativement rapidement de grandes abondances d’éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium.
C’est très intéressant. L’univers primitif, avant l’arrivée des étoiles, était principalement composé d’hydrogène avec une plus petite quantité d’hélium. Puis les étoiles se sont formées ; dans leurs noyaux chauds et denses, ils ont commencé à écraser des atomes ensemble, créant des éléments plus lourds.
Mais ces éléments étaient enfermés à l’intérieur des étoiles ; ce n’est qu’après la mort des étoiles, explosant en supernovae spectaculaires, que des éléments plus lourds ont pu se propager dans l’espace interstellaire.
Cette présence d’oxygène si tôt dans l’Univers nous donne quelques indices sur la chronologie et l’évolution de ces premières étoiles, que nous n’avons pas encore vues directement.
“Ces observations approfondies d’ALMA fournissent des preuves solides de l’existence de galaxies dans les premières centaines de millions d’années après le Big Bang, et confirment les résultats surprenants des observations de Webb”, a déclaré Zavala.
“Le travail de JWST ne fait que commencer, mais nous ajustons déjà nos modèles de formation des galaxies dans l’Univers primitif pour correspondre à ces observations. La puissance combinée de Webb et du réseau de radiotélescopes ALMA nous donne la confiance nécessaire pour repousser nos horizons cosmiques. toujours plus proche de l’aube de l’Univers.”
La recherche a été publiée dans les avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
