Ces nanodiamants observés par le James-Webb intriguent sur les débuts de l'Univers

On sait que dans les profondeurs de la Terre, de hautes pressions et températures conduisent à la formation de diamants à partir du carbone. Il doit en être de même avec les poussières carbonées produites par des étoiles en fin de vie en phase de géantes rougesgéantes rouges ainsi qu'avec les explosions de supernovae. De fait, depuis des décennies, on découvre dans les grains présolaires, plus vieux que le Système solaire et que l'on peut trouver dans les plus vieilles météorites carbonées, des nanodiamants.

Ce sont des objets contenant quelques milliers d'atomes de carbone formant une structure cristalline caractéristique et rassemblés dans un volumevolume de quelques nanomètresnanomètres, c'est-à-dire des milliardièmes de mètres de diamètre. On peut les obtenir sous la forme de résidus laiteux d'un fragment de météorite carbonée dissous dans de l'acideacide.

Aujourd'hui, et comme l'explique un article publié dans Nature, on pense que l'on observe probablement la signature dans l'infrarougeinfrarouge de ces nanodiamants dans des galaxiesgalaxies tels que les révèle le télescope spatial James-Webbtélescope spatial James-Webb environ un milliard d'années après le Big BangBig Bang tout au plus.

Des nanodiamants flottant aux abords d'une étoile. © Nasa, JPL-Caltech, T. Pyle (SSC)

Des galaxies qui se sont développées plus vite que ne le prédit la théorie ?

Joris Witstok de l'université de Cambridge, l'un des principaux astrophysiciensastrophysiciens derrière cette découverte, explique : « Les grains de poussière riches en carbone peuvent être particulièrement efficaces pour absorber la lumièrelumière ultraviolette avec une longueur d'ondelongueur d'onde d'environ 217,5 nanomètres, ce que nous avons pour la première fois directement observé dans le spectrespectre des galaxies très anciennes. » Rappelons au passage que le James-Webb (JWST) voit dans l'infrarouge des spectres dont la lumière a été décalée vers le rouge par l'expansion de l'UniversUnivers, par exemple des raies dans l'ultravioletultraviolet à l'origine.

Toujours dans le même communiqué de l'ESAESA, son collègue Renske Smit, membre de l'équipe de l'université John-Moores de Liverpool, au Royaume-Uni, ajoute quant à lui : « Cette découverte implique que les galaxies infantiles de l'Univers primitif se sont développées beaucoup plus rapidement que nous ne l'avions prévu. Webb nous montre une complexité des premiers lieux de naissance des étoiles (et des planètes) que les modèles n'ont pas encore expliquée ».

Une fois de plus, le successeur de Hubble nous donne des indications montrant que les galaxies ont évolué plus vite qu'on ne le supposait depuis quelques décennies, ce qui laisse peut-être penser qu’il faut revoir le Modèle cosmologique standard, par exemple en remplaçant la présence de la matière noire par une modification des lois de la gravitation dans le cadre de la théorie Mond, bien qu'il soit encore trop tôt pour conclure que ce modèle n'est pas en fait en mesure de prédire les observations faites avec le James-Webb.

Incidemment, malgré le buzz récent et très exagéré qui exaspère la communauté des cosmologistes, nous n'avons aucune raison sérieuse de penser que l'Univers observable soit plus vieux que 13,8 milliards d'années et soit notamment âgé de 26,7 milliards d'années, comme l'a proposé le physicienphysicien Rajendra Gupta en multipliant les épicycles. On sait notamment, depuis des décennies, que la théorie de la lumière « fatiguée » - qui se proposait d'expliquer les décalages spectraux vers le rouge sans faire intervenir l'expansion du cosmoscosmos observable - conduit à au moins trois prédictions qui sont réfutées par les observations à environ 10 sigmas pour reprendre le jargon des physiciens (voir ce qu’en disait depuis longtemps déjà le cosmologiste Ned Wrigt). Un résultat réfuté à 5 sigma signifie déjà qu'il y a seulement une chance sur un million que la réfutation soit fausse, une chance considérablement plus faible encore avec 10 sigmas.

Cela donne une idée des acrobaties peu crédibles, bien que logiquement possibles, qu'il faut multiplier pour obtenir un âge de 26,7 milliards d'années. Il faut notamment supposer que certaines constantes fondamentales de la physique varient dans le temps alors qu'il existe des contraintes déjà très fortes sur ces possibles variations, et tenir compte aussi des datations avec des chronomètreschronomètres des amas d'étoiles et des abondances de certains noyaux dans la Voie lactéeVoie lactée qui sont toutes incompatibles en première approximation avec un Univers vraiment plus vieux que 13,8 milliards d'années.

Cette image met en évidence l'emplacement de la galaxie JADES-GS-z6 dans une partie d'une zone du ciel connue sous le nom de GOODS-South, qui a été observée dans le cadre du JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, ou Jades. © ESA, Webb, Nasa, CSA, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian), S. Tacchella (University of Cambridge, M. Rieke (Univ. of Arizona), D. Eisenstein (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian), A. Pagan (STScI)

Des nanodiamants ou des hydrocarbures polycycliques aromatiques ?

Mais revenons à la détection des nanodiamants. En fait, la signature détectée par le James-Webb pourrait très bien s'interpréter dans le cas de galaxies observées telles qu'elles étaient il y a quelques milliards d'années seulement par la présence abondante de moléculesmolécules carbonées, que l'on appelle des hydrocarbures polycycliques aromatiqueshydrocarbures polycycliques aromatiques cousins des molécules de benzènebenzène (des polycyclic aromatic hydrocarbons ou PAH, en anglais). Mais dans des galaxies vieilles d'environ 600 millions d'années après le Big Bang, comme celles qui ont donc été observées dans le cadre du JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (Jades), cette hypothèse n'est pas crédible selon les astrochimistes qui en déduisent donc que l'on observe bien probablement des nanodiamants.

Si tel est bien le cas, « cette découverte a été rendue possible grâce à l'amélioration inégalée de la sensibilité de la spectroscopie proche infrarouge fournie par Webb, et en particulier son spectrographespectrographe proche infrarouge (NIRSpecNIRSpec). L'augmentation de la sensibilité fournie par Webb équivaut, dans le visible, à l'upgrade instantanée du télescope de 37 millimètres de GaliléeGalilée par le Very Large TelescopeVery Large Telescope de 8 mètres de l'ESOESO », explique Roberto Maiolino, membre de l'équipe de l'université de Cambridge et de l'University College London derrière la découverte des nanodiamants.

« Nous prévoyons de travailler davantage avec des théoriciens qui modélisent la production et la croissance de la poussière dans les galaxies. Cela fera la lumière sur l'origine de la poussière et des éléments lourds dans l'Univers primitif », ajoute Irene Shivaei, membre de l'équipe de l'université d'Arizona, Centro de Astrobiología (CABCAB).