Des molécules complexes détectées dans une ancienne galaxie proche de l’aube des temps
Le télescope spatial James Webb (Webb ou JWST) a fait une étonnante découverte dans une galaxie située au début de l’Univers, moins de 1,5 milliard d’années après le Big Bang.
À partir de la lumière qui a voyagé pendant plus de 12 milliards d’années depuis une galaxie désignée SPT0418-47, des astronomes en ont extrait le signal spectral de molécules complexes, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), qui composent certains des grains de poussière des nuages qui dérivent entre les étoiles, absorbant la lumière et la réémettant dans les longueurs d’onde infrarouges.
Image d’entête : la galaxie SPT0418-47 est représentée en rouge, sa lumière étant déformée en anneau par la galaxie au premier plan en bleu. Les HAP sont les taches orange (J. Spilker/ S. Doyle, NASA, ESA, CSA)
Cette poussière indique un taux élevé de formation d’étoiles, ce qui n’est pas inattendu pour une galaxie de cette époque de l’Univers. Mais la poussière n’est pas uniformément répartie, ce qui montre que cette formation d’étoiles peut être cartographiée à différents endroits de la galaxie, selon une équipe dirigée par l’astronome Justin Spilker de l’université A&M du Texas, aux Etats-Unis.
La possibilité de réaliser une observation aussi détaillée d’une galaxie aussi lointaine est franchement impressionnante.
Selon les chercheurs dans leur étude (lien plus bas) :
Nous présentons ici les observations du télescope spatial James Webb qui détectent la caractéristique HAP de 3,3 micromètres dans une galaxie observée moins de 1,5 milliard d’années après le Big Bang. La largeur équivalente élevée de la caractéristique HAP indique que la formation d’étoiles, plutôt que l’accrétion de trous noirs, domine l’émission infrarouge dans toute la galaxie.
Nos observations démontrent que les différences d’émission des molécules de HAP et des gros grains de poussière sont le résultat complexe de processus localisés dans les premières galaxies.
Les hydrocarbures aromatiques polycycliques peuvent sembler très complexes, mais ils ne sont pas particulièrement rares. Ici, sur Terre, ils sont aussi courants que la suie, parce qu’ils sont présents dans la suie… Il s’agit d’une classe de composés organiques contenant un anneau d’atomes de carbone qui peut se former lors de la compression et de l’échauffement de la matière organique. Le charbon contient des HAP, tout comme la fumée, le smog et le pétrole brut.
L’origine des HAP peut également être autre que biologique. Pour autant que nous le sachions, la plupart des HAP présents dans l’univers sont d’origine non biologique. Et il y en a beaucoup dans l’univers. De précédentes analyses suggèrent qu’environ 15 % de tout le carbone présent entre les étoiles dans des galaxies comme la nôtre est lié à des HAP. La plupart d’entre eux flottent entre les étoiles sous forme de poussière dans le milieu interstellaire, et ils sont considérés comme un indicateur relativement fiable de la formation des étoiles.
Des HAP ont été détectés dans d’autres galaxies, mais il est beaucoup plus difficile d’en trouver dans des galaxies très éloignées. Ces molécules absorbent la lumière et la réémettent dans les longueurs d’onde infrarouges, et les précédents télescopes infrarouges avaient une sensibilité et une couverture très limitées. Cependant, nous disposons désormais du JWST, le télescope spatial le plus puissant à ce jour et qui est le plus performant dans les longueurs d’onde infrarouges.
Mais cela ne suffit pas. Le JWST a dû faire appel à une bizarrerie de la physique pour réaliser une observation aussi détaillée : l’effet de lentille gravitationnelle. Il s’agit d’une courbure gravitationnelle de l’espace-temps qui se produit autour d’objets massifs dans l’Univers. Imaginez une boule de bowling placée sur un trampoline : Le tissu du trampoline se déforme et s’étire en réponse à la masse.
L’espace-temps fait la même chose autour des objets massifs tels que les galaxies et les amas de galaxies, mais il y a un plus. Comme l’espace-temps est déformé et étiré, la lumière qui le traverse est également déformée, amplifiée et parfois dédoublée. Cela signifie que nous pouvons utiliser ces lentilles comme une sorte de loupe cosmique, ce qui augmente considérablement la puissance de nos télescopes.
Schéma du phénomène de lentille gravitationnelle : un amas de galaxies, au centre de l’image, déforme par sa masse la lumière et la toile de l’espace temps, représenter par la grille bleue. Ainsi, du point de vue de la Terre, en bas à droite, cette courbure de l’espace temps crée un effet de loupe qui permet de grossir les galaxies se touvant plus loin derrière l’amas de galaxies entrainant l’effet de lentille gravitationnelle. (Hubble)
La galaxie observée par Webb présente un anneau d’Einstein causé par la lentille gravitationnelle. (S. Doyle / J. Spilker)
Entre nous et SPT0418-47 se trouve une autre galaxie, à une distance d’environ 3 milliards d’années-lumière, qui fournit cet effet de lentille. Ainsi, lorsque le JWST a observé la galaxie dans le cadre du programme scientifique TEMPLATES, il a pu obtenir suffisamment de détails pour que Spilker et ses collègues distinguent la signature spectrale de la lumière émise par les HAP à une longueur d’onde de 3,3 micromètres dans l’infrarouge moyen.
Il s’agit de la détection la plus lointaine à ce jour de molécules aromatiques complexes, et bien que nous ignorions encore beaucoup de choses, la raison de la distribution inégale des HAP dans la galaxie n’est pas connue, elle est de bon augure pour les futures études sur l’évolution des galaxies dans l’Univers primitif.
L’étude publiée dans Nature : Spatial variations in aromatic hydrocarbon emission in a dust-rich galaxy et présentée sur le site de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign : Webb Space Telescope detects universe’s most distant complex organic molecules.
Euh.. C’est juste le bouclier du Captain mais un peu flou.