La galaxie de la Voie lactée contient environ cent milliards d’étoiles. Entre ces derniers se trouve le milieu interstellaire (ISM), une région imprégnée de gaz et de grains de poussière. Cette poussière est en grande partie composée d’éléments plus lourds, notamment des minéraux silicatés, de la glace, du carbone et des composés de fer. Cette poussière joue un rôle clé dans l’évolution des galaxies, facilitant l’effondrement gravitationnel des nuages de gaz pour former de nouvelles étoiles. Cette poussière galactique est mesurable par la façon dont elle atténue la lumière des étoiles des galaxies lointaines, la faisant passer du rayonnement ultraviolet au rayonnement infrarouge lointain.
Cependant, l’origine de divers grains de poussière reste un mystère, en particulier au début de l’Univers, lorsque l’on pense que les éléments plus lourds étaient rares. Auparavant, les scientifiques pensaient que des éléments comme le carbone mettaient des centaines de millions d’années à se former et n’auraient pas pu exister avant environ 2,5 milliards d’années après le Big Bang. En utilisant les données obtenues par le JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), une équipe internationale d’astronomes et d’astrophysiciens rapporte la détection de grains carbonés autour d’une galaxie qui existait environ 1 milliard d’années après le Big Bang.
L’équipe de recherche comprenait des astronomes et des astrophysiciens de plusieurs universités et instituts du monde entier. Cela comprenait l’Institut Kavli de cosmologie, le Laboratoire Cavendish, l’Agence spatiale européenne (ESA), l’Observatoire européen austral (ESO), le Space Telescope Science Institute (STScI), le Herzberg Astronomy and Astrophysics Research Centre, le National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NOIRLab), ASTRO 3D et le Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Le document qui décrit leurs conclusions est récemment apparu en ligne et est en cours de révision pour publication.
Le programme JADES est une enquête extragalactique et un effort de collaboration entre les équipes d’instruments JWST Near-Infrared Camera (NIRCam) et Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec). L’objectif est de réaliser une imagerie et une spectroscopie dans l’infrarouge moyen parallèle profond d’environ 100 000 galaxies dans deux champs profonds extragalactiques (GOODS-South (CDF-S) et GOODS-North (HDF)). Ces champs étaient auparavant imagés dans les bandes optique, infrarouge et ultraviolette (UV) par le Hubble, Spitzeret Chandra télescopes spatiaux dans le cadre du Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS).
Jusqu’à présent, l’enquête JADES a repoussé les limites de l’astronomie en découvrant et en confirmant des galaxies situées à environ 13,4 milliards d’années-lumière – les galaxies les plus éloignées jamais observées. En les comparant à la spectroscopie optique et à la morphologie des galaxies distantes de 10 à 11,5 années-lumière, JADES en révélera davantage sur les premières phases de la formation des galaxies. Le rôle de la poussière cosmique – la substance dont sont faites les étoiles, les planètes, les molécules organiques et toute la vie – et le moment où certains grains se sont formés sont particulièrement préoccupants.
Le JWST est particulièrement bien adapté à l’étude des grains de poussière en raison de ses capacités avancées d’imagerie infrarouge. Comme l’a dit le Dr Joris Witstok, associé de recherche postdoctoral au Kavli Institute for Cosmology (Université de Cambridge), à Universe Today par e-mail :
« Les grains de poussière catalysent la formation de molécules et la fragmentation des nuages de gaz, deux mécanismes essentiels à la formation des étoiles. De plus, alors que la masse de poussière d’une galaxie est négligeable par rapport à sa masse stellaire ou gazeuse, les grains de poussière absorbent une fraction importante de la lumière optique et ultraviolette (UV) et réémettent thermiquement l’énergie absorbée dans l’infrarouge (IR).
Sur la base des données obtenues dans ces champs, l’équipe a observé des preuves directes de grains carbonés qui existaient jusqu’à un milliard d’années après le Big Bang (il y a environ 13 milliards d’années). Cela était évident à partir de la large caractéristique d’absorption UV dans les spectres du proche infrarouge profond (2175 angstroms). Cette caractéristique n’avait été observée auparavant que dans les galaxies plus anciennes à des décalages vers le rouge de z=
« La plupart des modèles de formation de poussière reposent généralement sur la formation de grains de poussière carbonés dans les vents stellaires des étoiles à branches géantes asymptotique (AGB), tandis que les étoiles ne peuvent atteindre ce stade évolutif que ~ 300 millions d’années après leur formation. Par conséquent, il est surprenant de voir des preuves de poussière de carbone dans ces premières galaxies, dont la plus éloignée est observée lorsque l’âge de l’Univers n’était que de 800 millions d’années : cela implique que sa formation d’étoiles n’a commencé que quelques centaines de millions d’années après la Grande Bang (qui, dans les échelles de temps cosmiques, est très précoce), ou plutôt les grains de poussière carbonés peuvent être formés par un autre mécanisme plus rapide.
Ces résultats impliquent qu’un mécanisme plus rapide était responsable de la formation de grains de poussière carbonés dans l’Univers primordial. Comme l’a expliqué Witstok, lui et ses collègues soupçonnent que les supernovae ont ensemencé l’Univers primitif avec du carbone en soufflant sur leurs couches externes. “Cela a des implications importantes pour l’évolution de la galaxie car le carbone à partir duquel les grains sont fabriqués est également synthétisé par ces étoiles, ce qui signifie que certains éléments peuvent se propager à travers la galaxie plus rapidement qu’on ne le pensait auparavant”, a-t-il déclaré.
Lectures complémentaires : arXiv
