Une équipe d'astronomes découvre une galaxie qui ne devrait pas exister.

2 février 2024

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par Kim Baptista, de l'Université d'État de l'Arizona

Une équipe d'astronomes, dirigée par Tim Carleton, chercheur scientifique adjoint à l'Université d'État de l'Arizona, a découvert une galaxie naine qui est apparue dans les images du télescope spatial James Webb (JWST), alors qu'elle n'était pas la cible principale de l'observation.

Les galaxies sont liées par la gravité et sont constituées d'étoiles et de planètes, avec d'immenses nuages de poussière et de gaz ainsi que de la matière noire. Les galaxies naines sont les galaxies les plus abondantes de l'univers et sont, par définition, de petite taille avec une faible luminosité. Elles ont moins de 100 millions d'étoiles, tandis que la Voie lactée, par exemple, en compte près de 200 milliards.

Les récentes observations de galaxies naines sur l'abondance de "galaxies ultra-diffuses" au-delà de la portée des précédentes grandes enquêtes spectroscopiques suggèrent que notre compréhension de la population de galaxies naines peut être incomplète.

Dans une étude récemment publiée, Carleton et son équipe étudiaient initialement un amas de galaxies dans le cadre du projet Zones extragalactiques privilégiées pour la Réionisation et les Lentilles Scientifiques (PEARLS) du JWST.

La galaxie naine, PEARLSDG, est apparue dans certaines images du JWST de l'équipe, bien qu'elle n'était pas du tout la cible principale - juste un peu en dehors du champ d'observation principal, dans une zone de l'espace où ils ne s'attendaient pas à voir quelque chose.

Ses résultats ont été publiés dans The Astrophysical Journal Letters.

PEARLSDG n'a pas les caractéristiques habituelles d'une galaxie naine que l'on s'attendrait à voir. Elle n'interagit pas avec une galaxie voisine, mais elle ne forme pas non plus de nouvelles étoiles. Il s'agit en fait d'un cas intéressant de galaxie quiescente isolée.

"Ce type de galaxies naines quiescentes isolées n'a pas vraiment été observé auparavant, excepté dans des cas relativement rares. On ne s'attend pas vraiment à ce qu'elles existent compte tenu de notre compréhension actuelle de l'évolution des galaxies, donc le fait que nous voyions cet objet nous aide à améliorer nos théories sur la formation des galaxies", a déclaré Carleton. "En général, les galaxies naines qui sont seules là-bas continuent de former de nouvelles étoiles."

Jusqu'à présent, la compréhension des astronomes de l'évolution des galaxies montrait une galaxie isolée qui continuait à former de jeunes étoiles ou qui interagissait avec une galaxie compagnon plus massive. Cette théorie ne s'appliquait pas à PEARLSDG, qui se présente comme une population stellaire ancienne, ne formant pas de nouvelles étoiles et restant à l'écart.

Ce qui a surpris davantage, c'est que des étoiles individuelles peuvent être observées dans les images du JWST de l'équipe. Ces étoiles sont plus lumineuses dans les longueurs d'onde du JWST ; c'est l'une des galaxies les plus lointaines où l'on peut observer ces étoiles avec ce niveau de détail. La luminosité de ces étoiles permet aux astronomes de mesurer leur distance, soit 98 millions d'années-lumière.

Pour cette étude, Carleton, qui est chercheur scientifique adjoint du Beus Center for Cosmic Foundations à l'École d'exploration de la Terre et de l'espace de l'ASU, et son équipe ont utilisé une large gamme de données.

Cela comprend des données d'imagerie de la caméra infrarouge proche (NIRCam) du JWST, des données spectroscopiques du spectrographe optique DeVeney sur le télescope de découverte Lowell à Flagstaff, en Arizona, une imagerie d'archives des télescopes spatiaux Galex et Spitzer de la NASA, ainsi qu'une imagerie terrestre de l'enquête Sloan Digital Sky Survey et de l'enquête Legacy du Dark Energy Camera.

Le NIRCam du JWST présente une très haute résolution angulaire et une grande sensibilité, ce qui a permis à l'équipe d'identifier des étoiles individuelles dans cette galaxie lointaine. Tout comme les cellules individuelles qui se mettent au point dans un microscope, ces observations ont permis de mettre en évidence les composants de PEARLSDG.

Il est important d'identifier des étoiles spécifiques dans l'imagerie, car cela a fourni un indice clé pour sa distance - ces étoiles ont une luminosité intrinsèque spécifique, donc en mesurant leur luminosité apparente avec le JWST, l'équipe a pu déterminer leur distance. Il s'avère que ces étoiles étaient parmi les plus éloignées de leur type à avoir été observées.

Toutes les données d'imagerie d'archives, observées dans les longueurs d'onde ultraviolettes, optiques et infrarouges, ont été regroupées pour étudier la couleur de PEARLSDG. Les étoiles nouvellement formées ont une signature de couleur spécifique, donc l'absence d'une telle signature a été utilisée pour montrer que PEARLSDG ne forme pas de nouvelles étoiles.

Le spectrographe DeVeney sur le télescope de découverte Lowell sépare la lumière des objets astronomiques en composantes distinctes, ce qui permet aux astronomes d'étudier leurs propriétés en détail. Par exemple, le décalage spécifique de longueur d'onde observé dans les caractéristiques des données spectroscopiques encode des informations sur le mouvement de PEARLSDG, en utilisant le même effet Doppler que les radars utilisent pour mesurer la vitesse des conducteurs sur les routes de l'Arizona.

This was key to show that PEARLSDG is not associated with any other galaxy and is truly isolated.

Additionally, particular features in the spectrum are sensitive to the presence of young stars, so the absence of those features further corroborated the measurements of the absence of young stars from the imaging data.

'This was absolutely against people's expectations for a dwarf galaxy like this,' Carleton said.

This discovery changes astronomers' understanding of how galaxies form and evolve. It suggests the possibility that many isolated quiescent galaxies are waiting to be identified and that JWST has the tools to do so.

This research was presented at January's 243 AAS press conference: Oddities in the Sky,

Provided by Arizona State University