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Les plus anciens amas d’étoiles de l’Univers découverts à ce jour

Le premier champ profond du télescope James Webb.

Le premier champ profond du télescope James Webb.

Photo : NASA

Une analyse détaillée du premier champ profond du télescope spatial James Webb a permis à une équipe canadienne d’astrophysiciens de détecter les amas globulaires les plus éloignés abritant les étoiles les plus anciennes jamais découvertes.

En fait, ces groupes très denses de millions d'étoiles pourraient contenir certains des premiers astres apparus quelques centaines millions d’années après le big bang.

Cette percée a été réalisée par les astrophysiciens du programme CANUCS (pour Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey) dirigé par Chris Willott, du Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique du Conseil national de recherches du Canada.

Dans un premier temps, les chercheurs ont combiné les nouvelles données de la caméra proche infrarouge (NIRCam) de James Webb avec les données d'archives de Hubble. La NIRCam détecte les objets peu lumineux en utilisant des longueurs d'onde plus longues et plus rouges pour observer au-delà de ce qui est visible par l'œil humain.

Ensuite, ils ont eu recours à l'imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS) canadien pour confirmer que les objets sont d'anciens amas globulaires.

Le mode spectroscopie sans fente à grand champ de l’instrument permet d'obtenir des spectres à basse résolution de milliers d'objets à la fois.

Ce mode est particulièrement efficace pour étudier des champs qui peuvent contenir des centaines ou des milliers de galaxies, et pour mesurer leur distance, leur âge et d'autres caractéristiques physiques.

Le télescope James Webb a été conçu pour trouver les premières galaxies et les premières étoiles et pour nous aider à comprendre les origines de la complexité de l'Univers, comme les éléments chimiques et les éléments constitutifs de la vie, explique l’une des auteures principales des travaux, Lamiya Mowla, postdoctorante à l’Université de Toronto.

« Notre analyse du champ profond montre certaines des premières galaxies de l'Univers et confirme l'incroyable puissance du télescope. »

— Une citation de  Lamiya Mowla

Dans une galaxie loin de chez vous

Dans l'image détaillée du champ profond, les scientifiques se sont concentrés sur la galaxie surnommée Sparkler située à 9 milliards d'années-lumière.

« Nous observons la galaxie Sparkler lorsque l'Univers n'avait que 4,5 milliards d'années. »

— Une citation de  Lamiya Mowla

Elle a été nommée ainsi en raison des objets compacts apparaissant sous forme de petits points jaune-rouge qui l'entourent, que les chercheurs comparent à des scintillements.

Selon l'équipe canadienne, ces scintillements correspondent à:

  • de jeunes amas en formation active d'étoiles (nés 3 milliards d'années après le big bang, au moment du pic de formation des étoiles).
  • de vieux amas globulaires, qui sont en quelque sorte d'anciennes collections d'étoiles datant de la naissance d'une galaxie et qui contiennent des indices sur ses premières phases de formation et de croissance.

L’analyse initiale de 12 de ces objets compacts a permis aux chercheurs de déterminer que 5 d'entre eux sont non seulement des amas globulaires, mais aussi parmi les plus anciens connus.

Auparavant, les astronomes ne pouvaient pas voir les objets compacts environnants de la galaxie Sparkler avec le télescope Hubble.

La plus grande résolution du champ profond de James Webb a dévoilé de minuscules points entourant la galaxie pour la première fois.

La galaxie Sparkler est spéciale parce qu'elle est agrandie d'un facteur 100 en raison d'un effet de lentille gravitationnelle. Ce dernier est provoqué par l'amas de galaxies SMACS 0723 qui se trouve au premier plan et déforme ce qui se trouve derrière lui.

Le champ profond de Webb.

Le champ profond de Webb. Les trois zones encadrées correspondent à la galaxie Sparkler vue grâce au phénomène de lentille gravitationnelle.

Photo : NASA/ESA/ASC

En outre, l'effet de lentille gravitationnelle produit trois images distinctes de Sparkler, ce qui permet aux astronomes d'étudier la galaxie de manière plus détaillée.

Notre étude de Sparkler met en évidence l'énorme puissance de la combinaison des capacités uniques de James Webb avec le grossissement naturel offert par la lentille gravitationnelle, note Chris Willott.

NIRISS a également joué un rôle important pour comprendre comment les trois images de la galaxie Sparkler et de ses amas globulaires sont liées.

Le fait de voir plusieurs des amas globulaires de Sparkler imagés trois fois a permis de comprendre qu'ils sont en orbite autour de la galaxie Sparkler plutôt que de se trouver simplement devant elle par hasard, note Marcin Sawicki, professeur à l'Université Saint Mary's et coauteur de l'étude.

Le télescope James Webb observera les champs CANUCS à partir d'octobre 2022. Il examinera particulièrement cinq amas massifs de galaxies, autour desquels les astrophysiciens s'attendent à trouver d'autres systèmes de ce type.

En outre, les prochaines observations permettront de mieux modéliser Sparkler et de mieux cerner l'effet de lentille. Ils pourront ainsi aider à mieux expliquer l'histoire de la formation des étoiles.

Le détail de ces travaux est publié dans The Astrophysical Journal Letters (en anglais) (Nouvelle fenêtre).

Le saviez-vous?

Les astrophysiciens estiment qu’il existe au moins 150 amas globulaires dans notre galaxie, la Voie lactée. D’autres pourraient être cachés par le disque galactique.

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