Les données Webb suggèrent que de nombreuses galaxies primitives étaient longues et fines, et non en forme de disque ou sphériques.

17 janvier 2024

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par l'Université de Columbia

Des chercheurs de Columbia analysant des images du télescope spatial James Webb de la NASA ont découvert que les galaxies dans l'univers primitif sont souvent plates et allongées, comme des gressins, et sont rarement rondes, comme des boules de pâte à pizza.

"Environ 50 à 80 % des galaxies que nous avons étudiées semblent être aplaties dans deux dimensions", a expliqué Viraj Pandya, boursier de recherche de la NASA à l'Université de Columbia et auteur principal d'un nouvel article qui doit paraître dans The Astrophysical Journal et qui décrit les résultats. L'article est actuellement publié sur le serveur de prépublication arXiv.

"Les galaxies qui ressemblent à des gressins longs et minces semblent être très courantes dans l'univers primitif, ce qui est surprenant car elles sont rares parmi les galaxies dans l'univers actuel."

L'équipe s'est concentrée sur un vaste champ d'images en infrarouge proche fournies par Webb, connu sous le nom de Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey, sélectionnant des galaxies estimées avoir existé lorsque l'univers avait entre 600 millions et 6 milliards d'années.

Alors que la plupart des galaxies lointaines ressemblent à des gressins, d'autres ont la forme de pizzas et de boules de pâte à pizza. Les galaxies en forme de "boules de pâte à pizza", ou sphériques, semblent être le type de galaxie le plus petit et ont également été les moins fréquemment identifiées. Les galaxies en forme de pizza ont été trouvées aussi grandes que les galaxies en forme de gressins le long de leur plus grand axe. "Elles sont plus courantes dans l'univers proche, qui, en raison de l'expansion continue de l'univers, est composé de galaxies plus anciennes et plus matures."

Dans quelle catégorie notre galaxie de la Voie lactée entrerait-elle si nous pouvions remonter le temps de plusieurs milliards d'années ? "Notre meilleure hypothèse est qu'elle aurait pu ressembler davantage à un gressin", a déclaré Haowen Zhang, co-auteur et candidat au doctorat à l'Université de l'Arizona à Tucson. Cette hypothèse est basée en partie sur de nouvelles preuves de Webb - les théoriciens ont "remonté le temps" pour estimer la masse de la Voie lactée il y a des milliards d'années, ce qui suggère sa forme probable de gressin dans le passé lointain.

Ces galaxies lointaines sont également beaucoup moins massives que les spirales et les elliptiques voisines - elles sont les précurseurs de galaxies plus massives comme la nôtre. "Dans l'univers primitif, les galaxies ont eu beaucoup moins de temps pour croître", a déclaré Kartheik Iyer, co-auteur et boursier de recherche de la NASA également à l'Université de Columbia.

"Identifier d'autres catégories pour les galaxies primitives est excitant - il y a beaucoup plus à analyser maintenant. Nous pouvons maintenant étudier comment les formes des galaxies sont liées à leur apparence et mieux projeter comment elles se sont formées de manière beaucoup plus détaillée."

Hubble, le télescope spatial lancé en 1990 et qui a collecté des données jusqu'à aujourd'hui, "a depuis longtemps montré un excès de galaxies allongées", explique Marc Huertas-Company, co-auteur et chercheur scientifique à l'Institut d'astrophysique des Îles Canaries. Mais les chercheurs se demandaient encore : avec la sensibilité à la lumière infrarouge que le télescope Webb, lancé en 2021, possède, d'autres détails apparaîtraient-ils mieux ?

"Webb a confirmé que Hubble n'a manqué aucune caractéristique supplémentaire dans les galaxies qu'ils ont tous deux observées. De plus, Webb nous a montré beaucoup plus de galaxies lointaines avec des formes similaires, et ce, avec beaucoup de détails", a déclaré Huertas-Company.

Une question, bien sûr, est pourquoi les galaxies primitives avaient tendance à être si aplaties et allongées. Une hypothèse, explique Pandya, est que l'univers primitif aurait pu être rempli de filaments de matière noire qui auraient formé une sorte d'arrière-plan "squelettique" ou "autoroute cosmique" qui aurait guidé le gaz et les étoiles le long de celui-ci. Ces filaments existent toujours, mais ils se sont beaucoup plus diffusés à mesure que l'univers s'est étendu, il est donc moins probable qu'ils favorisent la formation de galaxies en forme de gressins.

L'article s'intitule "Galaxies Going Bananas", une autre analogie alimentaire qui est venue à l'esprit des auteurs en examinant leurs données. Lorsque les auteurs ont tracé les rapports d'aspect des galaxies par rapport à leur plus grande longueur, ils ont constaté que les diagrammes qui en ressortaient ressemblaient distinctement à des bananes, une forme qui reflète leur forme allongée ellipsoïdale (c'est-à-dire en forme de gressin).

"Les bananes sont une autre façon de dire que ces galaxies intrinsèquement allongées semblent être les dominantes dans les 4 premiers milliards d'années de l'univers", a déclaré Pandya.

Nous avons encore des lacunes dans nos connaissances. Les chercheurs ont non seulement besoin d'un échantillon encore plus important provenant de Webb pour affiner davantage les propriétés et les emplacements précis des galaxies lointaines, mais ils devront également consacrer beaucoup de temps à peaufiner et à mettre à jour leurs modèles pour mieux refléter les géométries précises des galaxies lointaines.

'These are early results,' said co-author Elizabeth McGrath, an associate professor at Colby College in Waterville, Maine. 'We need to delve more deeply into the data to figure out what's going on, but we're very excited about these early trends.'

Journal information: Astrophysical Journal , arXiv

Provided by Columbia University