À l’œil nu, cette région du ciel paraît déserte. Les meilleurs instruments de l’astronomie moderne révèlent aujourd’hui qu’il s’y cache une galaxie presque aussi vieille que notre Univers. Ils ont même réussi à en brosser le portrait. Une première !
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De l'hydrogène et de l'oxygène. Ce sont deux des éléments que des astronomesastronomes sont parvenus à identifier dans une galaxie presque aussi vieille que notre Univers. C'est assez peu étonnant. L'hydrogène, par exemple, est l'élément le plus abondant de l'Univers. Mais c'est la première fois que des chercheurs réussissent à le détecter dans une galaxie âgée de 13,4 milliards d'années. Ils détaillent leur exploit dans les Astrophysical Journal Letters.
Un exploit accompli en combinant des heures d'observation d'une galaxie nommée GHZ2 - elle est également connue sous le nom de GLASS-z12 - avec le télescope spatial James-Webb (JWST) et avec les plus de 40 antennes du grand réseau millimétrique/submillimétrique de l'Atacama (Alma, Chili). « Nous avons réussi à détecter l'émission d'atomesatomes excités de différents éléments tels que l'hydrogène et l'oxygène à une époque jamais atteinte auparavant », raconte Jorge Zavala, astronome au Centre régional Alma d'Asie de l'Est de l'Observatoire astronomique national du Japon, dans un communiqué.
Des atomes détectés dans une galaxie extrêmement ancienne
Pour la petite histoire, rappelons que lorsque le télescope spatial James-Webbtélescope spatial James-Webb a commencé à observer notre Univers en 2022, il a découvert un nombre inattendu de candidates de galaxies lointaines et brillantes. Il est alors devenu plus que jamais important pour les astronomes d'en apprendre plus sur leurs propriétés physiquesphysiques. Pour valider (ou non) leurs théories sur la formation et l'évolution des galaxies. Mais la tâche n'est pas aisée. Car ces objets sont tout simplement les plus lointains jamais observés. Ce n'est qu'en mobilisant des instruments de pointe que les astronomes pouvaient avoir l'espoir d'accéder à des informations les concernant. Par spectroscopie, par exemple.
Cette technique permet aux chercheurs d'identifier des éléments ou des composés par analyse de la lumièrelumière transmise jusqu'à la Terre. Ce qu'Alma a d'abord rapporté, c'est une ligne d'émission à 88 micronsmicrons provenant d'un oxygène doublement ionisé (O2+). Les autres détections record de raies - trahissant d'autres éléments ou transitions - sur le spectrespectre électromagnétique de la galaxie, combinées aux observations des instruments NIRSpecNIRSpec et MiriMiri du télescope spatial James-Webb, ont finalement permis une caractérisation sans précédent de cet objet.
Dans l’intimité de la galaxie lointaine GHZ2
Les astronomes ont ainsi pu confirmer la situation de la galaxie GHZ2 à seulement 400 millions d'années après le Big Bang, alors que l'Univers n'avait pas plus de 3 % de son âge actuel. Les chercheurs concluent aussi de ces résultats que GHZ2 connaît des explosions extrêmes de formation d'étoilesétoiles dans des conditions uniques. Des conditions qui diffèrent de celles de la population plus large de galaxies à formation d'étoiles étudiées par ailleurs. Comme attendu compte tenu de l'âge de notre Univers dans lequel évolue cette galaxie, sa métallicitémétallicité - comprenez l'abondance relative d'éléments plus lourds que l'hydrogène - est significativement plus faible que celle de la plupart des galaxies étudiées jusqu'ici. Elle atteint tout de même déjà le dixième de la métallicité solaire. Et la galaxie cache une population stellaire jeune qui pourrait expliquer en partie sa forte luminositéluminosité. Une luminosité qu'elle devrait à la présence d'étoiles de courte duréedurée de vie, massives et chaudes, que l'on ne trouve généralement pas dans les galaxies plus évoluées.
GHZ2 présente par ailleurs une massemasse totale de quelques centaines de millions de fois la masse de notre SoleilSoleil. Elle est concentrée dans une région étonnamment réduite de quelque 100 parsecsparsecs (pc). Pour comparaison, le diamètre de notre Voie lactéeVoie lactée est de l'ordre de 33 000 pc. Résultat, une densité stellaire pour le moins élevée. Semblable à celle des amas globulaires, ces groupes d'étoiles anciennes liées par la gravitégravité. Les chercheurs notent d'ailleurs d'autres similitudes avec ces objets : une faible métallicité, des anomaliesanomalies d'abondance chimique, une densité de surface à taux de formation d'étoiles élevé et une densité de surface de masse stellaire élevée, entre autres. Ainsi, GHZ2 pourrait s'avérer être le noyau compact d'une galaxie massive en croissance. Ou, pourquoi pas, un objet composé de plusieurs amas d'étoiles massives qui pourraient évoluer en plusieurs amas globulairesamas globulaires. Quoi qu'il en soit, des objets comme GHZ2 pourraient finalement aider aussi à expliquer l'origine intrigante des amas globulaires, dont la formation reste toujours mystérieuse.
