Confirmation et réfutation de galaxies très lumineuses dans l’Univers primordial

Au cours des 300 premiers millions d'années de l'histoire cosmique, les premières étoiles1 se sont formées, et elles ont commencé à ensemencer l'Univers en éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium2 . Dans la quête des premières étoiles, des premiers éléments chimiques plus lourds que l’hélium, et des premiers grains de poussières apparus dans l’Univers, une équipe internationale comprenant des chercheurs du CNRS-INSU (voir encadré), confirme la grande abondance de galaxies lumineuses dans l'Univers primordial.  

Le JWST a découvert un grand nombre de candidates galaxies avec des "redsfhits" (z, qui mesure la distance, z) aussi grand que z = 16, estimés à partir de la photométrie multi-bande (redshift photométrique). Mais une mesure spectroscopique est nécessaire pour valider le redshift de ces sources. La mesure des redshifts avec des codes adaptés comme le code CIGALE3  qui peut combiner des données photométriques et spectroscopiques provenant du Hubble Space Telescope et du James Webb Space Telescope a permis de confirmer et parfois d'infirmer les redshifts photométriques. L’équipe de recherche présente des mesures sûres qui confirment les redshifts de deux galaxies à z > 11, mais démontre aussi qu'une autre candidate à z = 16 (250 millions d'années après le Big Bang) erroné se trouve en fait à z = 4,9 (1.2 milliard d'années).

Les analyses de galaxies candidates massives à z = 9 – 12 ont montré que leur abondance est plus élevée que celle prévue par les modèles de formation des galaxies. Cela pourrait indiquer que des hypothèses doivent être modifiés. Parmi ces hypothèses : la possibilité d'atténuation négligeable de la poussière, une efficacité accrue de conversion du gaz en étoiles, ou une distribution différente de la masse des étoiles à ces premières époques. En effet, le fait de détecter trop de galaxies massives implique que les modèles sous-estiment la formation stellaire dans ces galaxies. Cela pourrait indiquer des lacunes dans notre connaissance actuelle de la formation des galaxies, ou bien suggèrerait que les hypothèses dérivées de notre connaissance de l’Univers à plus bas redshift que nous connaissons mieux ne s’appliquerait pas à l’Univers primordial. Elle souligne aussi les risques scientifiques de tirer des conclusions avant de confirmer les décalages spectraux vers le rouge (redshifts) à partir de mesures spectroscopiques.

• 1Ces premières étoiles sont souvent appelées Population III, ce sont les toutes premières. Le Soleil s’est formé plus récemment. C’est une étoile Population I.
• 2Ces éléments chimiques plus lourds que l’hydrogène et l’hélium sont appelés « Métaux » par les astronomes. Ils comprennent le carbone, l’oxygène, l’azote et d’autres éléments chimiques qui forment la Terre et sont nécessaires au développement de la vie.
• 3CIGALE (http://cigale.lam.fr) a été développé au Laboratoire d’Astronomie de Marseille, et c’est l’un des codes d’analyse de l’émission des galaxies le plus rapide au monde (voir : Boquien et al. 2019, Astronomy & Astrophysics, 622, 103).