Les astronomes ne s’y attendaient pas

Les humains ont depuis longtemps trouvé un sens aux étoiles, mais ce n’est que récemment que nous avons commencé à en comprendre des groupes entiers – des galaxies, loin dans les profondeurs de l’espace. Quelques galaxies proches, comme Andromède, ont toujours été visibles à l’œil nu sous la forme d’une traînée sombre dans le ciel nocturne. D’autres structures scintillantes nous sont apparues après l’invention du télescope au 17e siècle, accompagnées d’un débat sur leur nature : Étaient-elles des nuages ​​de poussière cosmique dans notre Voie lactée, ou des « univers insulaires » à part entière ?

Ce n’est que dans les années 1920 que l’humanité a identifié ces nuages ​​lumineux comme des galaxies, lorsque l’astronome Edwin Hubble (s’appuyant sur les travaux d’un astronome moins connu, Henrietta Leavitt) a découvert que certaines étoiles étaient trop éloignées pour appartenir à la Voie lactée. Et ce n’est qu’au milieu des années 1990, lorsqu’un télescope spatial nommé d’après Hubble a jeté un coup d’œil plus loin que jamais dans l’univers, que nous avons trouvé les milliers de galaxies scintillantes à travers l’univers, île après île dans une vaste mer cosmique.

Après Hubble, les astronomes étaient assez convaincus qu’ils comprenaient les galaxies et comment la nature les fabrique. Mais de nouveaux développements surprenants sont récemment apparus, grâce à un télescope spatial bien plus puissant que Hubble. Le télescope spatial James Webb, en pleine opération depuis l’été dernier, a montré que les galaxies se sont formées beaucoup plus tôt après le Big Bang que les scientifiques ne le pensaient auparavant – et que certaines d’entre elles sont étonnamment grandes, absolument débordantes d’étoiles. Les découvertes ont jeté les scientifiques dans une nouvelle réalité dans laquelle leurs théories existantes ne s’appliquent plus.

Tout le monde dans la communauté astronomique savait que le télescope Webb allait être révolutionnaire. « Et nous avions une liste très claire de choses sur lesquelles nous pensions que Webb nous ferait totalement exploser », m’a dit Joel Leja, astronome à la Penn State University. Mais la découverte de galaxies cosmiquement épaisses là où il ne devrait pas y en avoir ? «Ce n’était nulle part dessus. Personne ne cherchait ça.

Des instruments comme Hubble et Webb ressemblent à des machines à voyager dans le temps. Lorsque les observatoires regardent dans les profondeurs, ils se prélassent dans la lumière des étoiles qui a quitté sa source il y a des éons et qui voyage à travers l’univers vers nous depuis ; autrement dit, pour comprendre l’origine cosmique, les astronomes doivent rechercher les galaxies les plus lointaines. Avant Webb, les scientifiques pensaient que ces premières galaxies lointaines émergeaient à un rythme tranquille. Les premières étoiles se sont formées lorsque des nuages ​​d’hydrogène gazeux se sont effondrés sur eux-mêmes et se sont enflammés. Ensuite, la gravité a rassemblé les orbes antiques en galaxies.

On a supposé que tout ce rassemblement de matière disparate dans des quartiers cosmiques massifs avait pris au moins 1 milliard d’années. Bien sûr, la galaxie la plus éloignée que Hubble ait jamais repérée était étonnamment brillante pour les conditions cosmiques de l’époque, indiquant une plus grande collection d’étoiles que ce qui aurait dû être possible. Mais les astronomes n’y ont pas trop pensé à l’époque. Ils s’attendaient à ce que Webb, avec sa vision infrarouge ultra-puissante, découvre les galaxies de démarrage qu’ils anticipaient et que Hubble ne pouvait pas voir.

Ha! dit le nouveau télescope brillant. Au cours des premières semaines de Webb, alors que les astronomes se précipitaient pour trouver les galaxies les plus éloignées jamais détectées, ils se demandaient si les données étaient réellement erronées. Les anciennes galaxies étaient tout simplement trop grandes et brillantes. Un recalibrage des instruments de Webb bientôt montré que certaines mesures étaient erronées, faisant apparaître certaines galaxies plus éloignées qu’elles ne l’étaient en réalité, et certaines affirmations ont été révisées. Mais les conclusions générales sont restées bloquées. L’univers primitif était, d’une certaine manière, audacieux et impétueux et remarquablement lumineux. « Les objets que nous trouvons sont aussi massifs ou plus grands que la Voie lactée, ce qui est stupéfiant », a déclaré Leja, qui a co-publié la semaine dernière un article qui a identifié six énormes galaxies qui existaient seulement 500 à 700 millions d’années après la Grande Claquer. L’une de ces galaxies peut avoir une masse de 100 milliards de fois celle de notre soleil. Notre propre galaxie contient également plusieurs milliards d’étoiles, mais elle a eu 13 milliards d’années pour atteindre sa taille.

Pendant un bref instant, cette nouvelle réalité a semblé menacer la compréhension fondamentale des astronomes de l’ensemble du cosmos. Si le point de départ ressemblait à ce, le modèle standard de la cosmologie – notre théorie la plus solide sur les origines et la composition de l’univers, celle qui ne tient pas compte de ce que Webb a découvert – pourrait-il être faux ? Mais les astronomes croient maintenant que la théorie peut tenir compte des surprises du nouveau télescope. Des simulations informatiques récentes guidées par le modèle standard ont montré que l’univers aurait en effet pu créer certaines des galaxies découvertes par Webb. « Bien qu’à première vue, les données ne semblent pas cohérentes avec les modèles cosmologiques, je pense que ce que nous allons découvrir, ce n’est pas la cosmologie qui est le problème, mais vraiment ce que nous comprenons sur la formation des galaxies », a déclaré Leja. .

Les explications possibles de la façon dont les astronomes se sont trompés sont nombreuses. Peut-être que les premières étoiles se sont formées beaucoup plus efficacement que nous ne le pensions, grâce à des mécanismes que les scientifiques n’avaient pas envisagés auparavant. Allison Kirkpatrick, astronome à l’Université du Kansas qui étudie l’évolution des galaxies, se demande si la poussière cosmique dans ces galaxies pourrait jouer des tours à Webb, faisant paraître les étoiles plus vieilles qu’elles ne le sont réellement – et peut-être que la poussière cosmique était juste différente à l’époque. Ivo Labbé, astronome à l’Université de technologie de Swinburne, soupçonne que les trous noirs pourraient jouer un rôle : ils font partie des objets les plus lumineux de l’univers lorsqu’ils se nourrissent de matière cosmique, qui brille lorsqu’elle est aspirée. déversez beaucoup de gaz dans un trou noir, il commencera à éclipser toute la galaxie », m’a dit Labbé. De tels trous noirs pourraient faire apparaître les premières galaxies plus brillantes, plus remplies d’étoiles. Mais aucune de ces possibilités n’annulera le fait que les premiers univers insulaires ne sont pas ce à quoi nous nous attendions. Même en tenant compte de certains nouveaux phénomènes étranges, « tout est trop gros, et c’est trop gros, trop tôt », m’a dit Kirkpatrick.

L’étude de ces questions nécessitera davantage d’observations de Webb, en particulier celles qui donnent des mesures plus détaillées de la lumière des étoiles, connues sous le nom de spectroscopie. Les astronomes ont besoin de plus pour confirmer que les galaxies les plus inhabituelles qu’ils ont trouvées sont la vraie affaire. Et s’ils sont vraiment aussi vieux et grands qu’ils le paraissent, comprendre leur composition aidera les astronomes à déterminer les conditions dans lesquelles ils se sont formés. Les chercheurs sont maintenant dans le vif du sujet, avec de nouvelles données spectroscopiques attendues ce printemps. L’effort frôle l’introspection. La lumière primordiale des étoiles n’a jamais été aussi demandée, et les astronomes et les théoriciens – ceux qui observent les merveilles cosmiques et ceux qui les expliquent, respectivement – ne savent pas exactement ce qu’ils trouveront une fois qu’ils auront terminé. « Cela va probablement prendre quelque chose comme cinq ans avant que nous soyons totalement installés dans notre nouvel univers que nous avons obtenu de JWST », m’a dit Wren Suess, astronome à UC Santa Cruz et Stanford.

En un sens, ces nouvelles découvertes ont injecté du drame, voire de l’anxiété, dans un domaine qui était assez stable. « C’est incroyable de voir à quel point l’univers est tellement plus étrange que nous ne le pensions », m’a dit Erica Nelson, astronome à l’Université du Colorado à Boulder. Mais dans un autre sens, c’est juste amusant. Quand j’ai demandé à Kirkpatrick si elle se sentait stressée par l’incertitude dans laquelle sa profession naviguait, elle a gloussé de joie. « C’est le début de l’univers ! » dit-elle. « Cela n’affectera pas ma vie, donc c’est vraiment amusant de penser à ce genre de choses. »

Alors que j’ai parlé avec des astronomes de ce que Webb a découvert jusqu’à présent, un mot revient sans cesse : ne devrait pas. Galaxies ne devrait pas sois ainsi; l’aube cosmique ne devrait pas Être comme ça. je les trouve ne devrait pasc’est délicieux. Ils font allusion à l’orgueil bien intentionné des humains, en particulier les plus curieux, ceux qui souhaitent déterminer exactement comment quelque chose fonctionne et pourquoi. Mais bien sûr, l’univers dit, nous parlant par l’intermédiaire d’un télescope géant flottant à des millions de kilomètres de la Terre, C’est comme ça. C’est, apparemment, comme ça a toujours été. Nous en découvrons juste la merveille maintenant.