Des chercheurs ont découvert des molécules organiques complexes dans une galaxie à plus de 12 milliards d’années-lumière de la Terre, la galaxie la plus éloignée dans laquelle ces molécules sont désormais connues. Grâce aux capacités du télescope spatial James Webb récemment lancé et aux analyses minutieuses de l’équipe de recherche, une nouvelle étude donne un aperçu des réactions chimiques complexes qui se déroulent dans les premières galaxies de l’univers primitif.
Joaquin Vieira, professeur d’astronomie et de physique à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, et Kedar Phadke, étudiant diplômé, ont collaboré avec des chercheurs de la Texas A&M University et une équipe internationale de scientifiques pour faire la distinction entre les signaux infrarouges générés par certains des grains de poussière de plus en plus gros de la galaxie et les particules d’hydrocarbures nouvellement observées.
Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue nature.
« Ce projet a commencé alors que j’étais à l’université pour étudier des galaxies très lointaines et difficiles à détecter qui sont obscurcies par la poussière », a déclaré Vieira. « Les grains de poussière absorbent et réémettent près de la moitié du rayonnement stellaire produit dans l’univers, rendant la lumière infrarouge émise par des objets distants trop faible ou indétectable par les télescopes au sol. »
Dans la nouvelle étude, le JWST a reçu un coup de pouce de ce que les chercheurs appellent « la loupe de la nature » – un phénomène appelé lentille gravitationnelle. « Ce grossissement se produit lorsque deux galaxies sont presque parfaitement alignées du point de vue de la Terre, et la lumière de la galaxie d’arrière-plan est déformée et agrandie par la galaxie de premier plan en une forme annulaire, connue sous le nom d’anneau d’Einstein », a déclaré Vieira.
L’équipe du JWST s’est concentrée sur SPT0418-47 – un objet détecté avec le télescope du pôle Sud de la National Science Foundation qui a été précédemment identifié comme une galaxie obscurcie par la poussière agrandie d’un facteur d’environ 30 à 35 par lentille gravitationnelle. SPT0418-47 se situe à 12 milliards d’années-lumière de la Terre, selon les chercheurs, ce qui correspond à une époque où l’univers avait moins de 1,5 milliard d’années, soit environ 10 % de son âge actuel.
« Avant d’accéder à la puissance combinée de la lentille gravitationnelle et du JWST, nous ne pouvions pas voir ou résoudre spatialement la galaxie d’arrière-plan réelle à travers toute la poussière », a déclaré Vieira.
Les données spectrales du JWST indiquent que le gaz interstellaire obscurci dans SPT0418-47 est riche en éléments lourds, indiquant que des générations d’étoiles ont déjà vécu et sont mortes. Le composé spécifique que les chercheurs ont découvert est un type de molécule appelé hydrocarbure aromatique polycyclique, ou PAH. Sur Terre, ces particules peuvent être trouvées dans les gaz d’échappement des moteurs à combustion ou des incendies de forêt. Les chercheurs ont déclaré que ces molécules organiques, constituées de chaînes carbonées, sont les éléments constitutifs des formes de vie les plus anciennes.
« Ce que cette recherche nous dit en ce moment – et nous apprenons encore – c’est que nous pouvons voir toutes les régions où se trouvent ces petits grains de poussière – des régions que nous ne pouvions pas voir avant JWST », a déclaré Vadke. « Les nouvelles données spectroscopiques nous permettent d’observer la structure atomique et moléculaire de la galaxie, fournissant des informations très importantes sur la formation, le cycle de vie et l’évolution des galaxies. »
« Nous ne nous attendions pas à cela », a déclaré Vieira. « La détection de ces molécules organiques complexes à une si grande distance change la donne pour les observations futures. Ce travail n’est qu’une première étape, et nous apprenons maintenant à l’utiliser et à voir quelles sont ses capacités. Nous sommes très hâte de voir comment ça se passe. »
« C’est absolument merveilleux que les galaxies que j’ai découvertes en écrivant ma thèse soient un jour observées par le JWST », a déclaré Vieira. « Je suis reconnaissant aux contribuables américains, à la NSF et à la NASA pour leur financement et leur soutien à la fois au SPT et au JWST. Sans ces outils, cette découverte n’aurait jamais été faite. »
Plus d’information:
Justin Spilker, Variations spatiales des émissions d’hydrocarbures aromatiques dans une galaxie riche en poussière, nature (2023). DOI : 10.1038/s41586-023-05998-6. www.nature.com/articles/s41586-023-05998-6
