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La puissance du télescope spatial James Webb a été mise à l’épreuve récemment, avec des résultats qui ont intrigué jusqu’aux scientifiques.
Le télescope a détecté dans l’espace des objets qui se sont formés il y a 12 milliards d’années, soit relativement peu de temps après le Big Bang, qui aurait eu lieu il y a 13,8 milliards d’années.
Ces objets n’ont jamais été détectés auparavant et remettent en question les connaissances scientifiques sur la formation des galaxies.
En raison de leur luminosité dans le spectre rouge des instruments utilisés pour les observer, les astronomes ont baptisé ces objets « petits points rouges ». Mais la définition de ces objets fait l’objet d’un débat entre les scientifiques.
Ils ressemblent à de petites galaxies, d’environ 3 % de la taille de la Voie lactée, mais contenant des milliards d’étoiles.
Il pourrait également s’agir de galaxies contenant un grand nombre de trous noirs, une formation qui n’a jamais été observée à ce jour dans les galaxies connues les plus proches.
Tout dépend de la manière dont ces objets astrophysiques sont observés.
Certains experts comparent même leur apparence changeante à une sorte de pieuvre qui peut changer de couleur et de forme pour se camoufler.
Ce sont des « maîtres du déguisement », affirme l’astrophysicien Fabio Pacucci, du Smithsonian Institute aux États-Unis.
Changement d’apparence
Les petits points rouges « viennent de si loin qu’ils arrivent ici très faiblement », a expliqué l’astronome Mario Hamuy, professeur à l’université du Chili, à BBC News Mundo.
« Ils ont des tailles typiques de 3 000 années-lumière de diamètre, soit environ 3 % du diamètre de la Voie lactée, par exemple, et ont une couleur très rougeâtre, ce qui s’explique par le fait que la lumière qu’ils émettent a été fortement modifiée par la présence de grains de poussière autour d’eux.
Crédit photo, JWST/NIRSpec
Contrairement aux télescopes domestiques, les grands télescopes comme le James Webb peuvent capter la lumière d’objets très éloignés dans l’univers. Les signaux énergétiques qu’il reçoit peuvent être captés à différentes fréquences, qui sont analysées sous forme de spectres.
Lorsque le James Webb s’est concentré sur les points les plus éloignés de l’univers, il est tombé sur des signaux provenant de « petits points rouges », qui présentaient des caractéristiques différentes de celles des objets astrophysiques connus jusqu’à présent.
Selon la façon dont ils sont perçus dans le spectre, ils présentent des caractéristiques qui divisent l’opinion des scientifiques.
« Toutes les sources lumineuses de l’univers changent d’aspect lorsque vous les observez dans différentes fenêtres du spectre électromagnétique. C’est comme si vous preniez une image de votre main aux rayons X. Dans le premier cas, vous verrez une photo de votre main. Dans le premier cas, vous verrez les os de la main, et dans le second, vous verrez la peau », explique M. Hamuy.
« Les petits points rouges ne font pas exception. Selon la fenêtre spectrale que vous utilisez, vous verrez différentes régions internes de l’objet », ajoute-t-il.
Comme d’autres objets de l’univers primitif, ces points existaient il y a des milliards d’années. Les télescopes tels que le James Webb détectent la lumière qui a traversé l’espace depuis lors.
C’est en raison de ces différences dans l’analyse des spectres que les scientifiques ont observé différentes caractéristiques dans ces petits points rouges : tantôt une galaxie abritant des millions d’étoiles, tantôt une galaxie avec un trou noir supermassif.
« Nous ne voyons pas ce type de galaxie dans notre univers proche. C’est quelque chose qui est apparu au début de l’univers, qui a duré un certain temps et que nous ne voyons plus aujourd’hui », a déclaré l’astrophysicienne Begoña Vila, ingénieure en instrumentation à la Nasa, à BBC News Mundo.
« Lorsque nous avons commencé à les observer, nous avons d’abord pensé qu’il s’agissait d’un autre objet. Aujourd’hui, nous savons qu’il s’agit de galaxies et c’est très excitant pour tout le monde.
Parce qu’ils sont différents et qu’ils sont des « maîtres du déguisement », ces objets remettent en question les modèles que les scientifiques ont élaborés pour expliquer l’origine des galaxies.
Repenser ce que nous savons
Ce qui est surprenant à propos de ces objets, explique Vila, c’est que l’on ne sait pas comment ils peuvent contenir autant d’étoiles – un nombre peut-être similaire à celui de la Voie lactée – dans un espace aussi restreint, astronomiquement parlant.
« La façon dont tant d’étoiles se sont formées si rapidement reste un point d’interrogation », ajoute-t-il.
M. Pacucci explique que dans ces galaxies, il y a tellement d’étoiles dans un espace si petit que c’est comme si toute la population de la Chine était placée dans une seule pièce.
On peut donc se demander si les modèles dont disposent les scientifiques pour expliquer la formation et la composition des galaxies aux premiers stades de la formation de l’univers sont corrects.
« Les modèles existants sur la formation des galaxies expliquent pour l’instant très bien ce que nous avons autour de nous, les galaxies proches, mais il y a déjà des indications qu’ils doivent être modifiés pour expliquer cet univers primordial, ces galaxies », déclare Vela.
Crédit photo, NASA/ESA/CSA/STSCI/BRANT ROBERTSON ET AL
De même, si les petits points rouges sont en fait des galaxies avec un trou noir supermassif, la compréhension qu’ont les scientifiques de leur formation devra être repensée. Mais pas au point de modifier les grandes théories, explique M. Vila.
« (Au début), on a eu l’impression que la cosmologie était en panne et on a pensé qu’il fallait la changer. Mais ce n’était pas le cas. Le Big Bang est toujours parfait, il n’y a aucun problème », explique l’expert de la NASA.
« Ce qui s’est passé, c’est que les modèles dont nous disposions jusqu’à présent étaient basés sur les données que nous connaissions et reflétaient ce que nous savions jusqu’à présent. Mais il est clair que cet univers primitif réserve des surprises et c’est pour cela que James Webb a été conçu. »
Que se passe-t-il maintenant ?
Depuis l’identification des petits points rouges et la découverte de leur changement d’apparence, les scientifiques ont poursuivi leurs études avec de nouveaux modèles et instruments pour les observer.
On espère que dans les prochaines années, les chercheurs disposeront d’une théorie capable d’expliquer ce qu’ils sont et comment ils se sont formés.
Pour Vila, la réponse la plus appropriée n’est peut-être pas de définir s’il s’agit de galaxies avec des millions d’étoiles ou de trous noirs supermassifs : « Il pourrait s’agir d’un peu des deux théories ».
Mais cela permettra également aux scientifiques d’en apprendre davantage sur la formation de l’univers à partir de phases qui, jusqu’au lancement du télescope spatial James Webb, étaient peu connues.
« Le plus surprenant, c’est que les petits points rouges sont très abondants. S’il s’agissait de galaxies actives, elles dépasseraient d’un facteur dix les quasars [galaxies très lourdes] détectés par les méthodes traditionnelles », explique M. Hamuy.
Il ajoute : « Dans tous les cas, les petits points rouges sont cruciaux pour comprendre la formation initiale des galaxies ».