Les astronomes détectent 6 galaxies massives si anciennes qu’elles ne peuvent être expliquées par la science

Une poignée d’objets découverts dans les données du JWST laisse les astronomes perplexes.

Trois des six galaxies massives candidates repérées lors de Cosmic Dawn. (NASA, ESA, CSA, I. Labbe/Swinburne University of Technology)

Une demi-douzaine de galaxies semblent massives et bien formées, bien qu’elles ne soient apparues que 500 à 700 millions d’années après le Big Bang. Pourtant, selon les modèles cosmologiques actuels, il n’y a tout simplement pas eu assez de temps pour qu’elles atteignent un tel état de maturité relative.

Cela suggère que nous manquons une ou deux étapes clés dans notre compréhension de l’évolution de l’Univers.

“Nous n’avons jamais observé de galaxies de cette taille colossale, si tôt après le Big Bang”, explique l’astronome Ivo Labbé, de l’Université de technologie de Swinburne, en Australie, qui a dirigé l’effort de recherche international.

“Les six galaxies que nous avons découvertes ont plus de 12 milliards d’années, soit 500 à 700 millions d’années seulement après le Big Bang, et atteignent des tailles allant jusqu’à 100 milliards de fois la masse de notre soleil. Ces galaxies sont trop grandes pour exister dans les modèles actuels. Cette découverte pourrait transformer notre compréhension de la façon dont les premières galaxies de notre Univers se sont formées.”

Les six galaxies candidates identifiées dans les données du JWST. (NASA, ESA, CSA, I. Labbe/Swinburne University of Technology)

Ces objets ont été repérés lors d’observations réalisées par le JWST au cours de ses premiers mois de fonctionnement. Ce puissant télescope spatial étudie l’Univers dans l’infrarouge, ce qui est parfait pour repérer la lumière qui a voyagé pendant des milliards d’années pour nous parvenir depuis l’Univers primitif, faible et étiré dans de plus grandes longueurs d’onde infrarouges par l’expansion de l’espace-temps.

L’un de ses principaux objectifs est d’aller plus loin dans cet espace-temps que tout autre instrument qui l’a précédé, et les astronomes n’ont pas perdu de temps pour obtenir les premières observations à cette fin.

“Nous avons examiné l’Univers très ancien pour la première fois et nous n’avions aucune idée de ce que nous allions trouver”, explique l’astronome Joel Leja, de l’université d’État de Pennsylvanie. “Il s’avère que nous avons trouvé quelque chose de tellement inattendu que cela crée des problèmes pour la science. Cela remet en question toute l’image de la formation des premières galaxies.”

Selon nos modèles cosmologiques, le tout début de l’Univers ne ressemblait en rien à ce qu’il est aujourd’hui. D’abord, la soupe chaude de particules qui a émergé dans le sillage du Big Bang a dû refroidir suffisamment pour se figer en atomes, remplissant le volume de l’espace principalement d’hydrogène et d’hélium. C’est à partir de ce gaz que les premières étoiles et galaxies ont commencé à se former, environ 150 millions d’années après le Big Bang.

Il a été difficile d’obtenir des preuves observationnelles de cette période de l’histoire de notre Univers, mais la chronologie est raisonnablement étayée par les preuves dont nous disposons. La chronologie suggère que, dans la période comprise entre 500 et 700 millions d’années après le Big Bang, les galaxies auraient continué à s’assembler.

Il y a plusieurs raisons pour lesquelles ces galaxies entièrement formées posent problème. L’une d’elles est que la densité de la matière dans les plus grandes galaxies actuelles dépasse largement les estimations pour cette période. Une autre raison est que la densité de la matière normale entre en tension avec la quantité de matière noire dans les halos de ces galaxies.

Emplacement des galaxies dans les images du JWST. (NASA, ESA, CSA, I. Labbe/Swinburne University of Technology)

Ces objets sont si difficiles à expliquer dans le cadre de la cosmologie actuelle que l’équipe de recherche s’est attachée à rechercher les erreurs dans son travail. Jusqu’à présent, les données et leur interprétation par l’équipe sont restées solides, ce qui suggère qu’il y a deux choses qui ne vont pas : notre compréhension de la cosmologie ou notre compréhension de la formation des galaxies dans l’Univers primitif. Dans les deux cas, le résultat impliquerait une révision importante.

“La révélation que la formation de galaxies massives a commencé extrêmement tôt dans l’histoire de l’Univers bouleverse ce que beaucoup d’entre nous pensaient être une science établie”, explique Leja. “Nous avons officieusement appelé ces objets des ‘briseurs d’Univers’ – et ils se sont montrés à la hauteur de leur nom jusqu’à présent.”

Il est possible que les objets ne soient pas réellement des galaxies, mais quelque chose d’autre. Ils pourraient, par exemple, être des trous noirs supermassifs d’un type jamais vu auparavant. Mais même dans ce cas, la quantité de masse concentrée en un seul endroit reste difficile à expliquer si tôt dans l’Univers, et cela pourrait également signifier une révision de notre compréhension des trous noirs.

Un seul objet de ce type serait suffisamment difficile à expliquer. La découverte de six objets de ce type est une première pour les pigeons cosmiques. Mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour s’assurer de ce que nous regardons.

La prochaine étape consistera à essayer d’obtenir les spectres des galaxies candidates, ce qui révélera leur nature, leur distance et leur taille de manière plus détaillée, ainsi que – espérons-le – leur composition chimique.

“Cette découverte initiale n’est peut-être que le début d’une transformation dans la façon dont nous donnons un sens au monde qui nous entoure”, déclare M. Labbé.

Les travaux de recherche ont été publiés dans la revue Nature.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche