Telescope spatial Webb détecte les molécules organiques complexes les plus éloignées de l'univers.

5 juin 2023

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par Lois Yoksoulian, Université de l'Illinois à Urbana-Champaign

Des chercheurs ont détecté des molécules organiques complexes dans une galaxie située à plus de 12 milliards d'années-lumière de la Terre - la galaxie la plus éloignée dans laquelle ces molécules sont maintenant connues. Grâce aux capacités du nouveau télescope spatial James Webb et à des analyses méticuleuses de l'équipe de recherche, une nouvelle étude apporte un éclairage critique sur les interactions chimiques complexes qui se produisent dans les premières galaxies de l'univers primitif.

Le professeur d'astronomie et de physique de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign, Joaquin Vieira, et l'étudiant diplômé Kedar Phadke ont collaboré avec des chercheurs de l'Université Texas A&M et une équipe internationale de scientifiques pour différencier les signaux infrarouges générés par certaines des grains de poussière les plus massifs et les plus grands de la galaxie et ceux des molécules nouvellement observées d'hydrocarbures.

Les résultats de l'étude sont publiés dans la revue Nature.

«Ce projet a commencé quand j'étais à l'université en train d'étudier les galaxies très lointaines difficiles à détecter obscurcies par la poussière», a déclaré Vieira. «Les grains de poussière absorbent et réémettent environ la moitié du rayonnement stellaire produit dans l'univers, rendant la lumière infrarouge des objets lointains extrêmement faible ou indétectable par les télescopes terrestres.»

Dans la nouvelle étude, le JWST a reçu un coup de pouce de ce que les chercheurs appellent «la loupe de la nature» - un phénomène appelé lentille gravitationnelle. «Cette amplification se produit lorsque deux galaxies sont presque parfaitement alignées du point de vue de la Terre, et que la lumière de la galaxie de fond est déformée et amplifiée par la galaxie de premier plan en une forme en forme d'anneau, appelée anneau d'Einstein», a déclaré Vieira.

L'équipe a concentré le JWST sur SPT0418-47, un objet découvert à l'aide du télescope du pôle sud de la National Science Foundation et précédemment identifié comme une galaxie masquée par la poussière amplifiée par un facteur d'environ 30 à 35 par la lentille gravitationnelle. SPT0418-47 est à 12 milliards d'années-lumière de la Terre, correspondant à une époque où l'univers avait moins de 1,5 milliard d'années, soit environ 10% de son âge actuel, ont déclaré les chercheurs.

«Avant d'avoir accès à la puissance combinée de la lentille gravitationnelle et du JWST, nous ne pouvions ni voir ni résoudre spatialement la véritable galaxie de fond à travers toute la poussière», a déclaré Vieira.

Les données spectroscopiques du JWST suggèrent que le gaz interstellaire obscurci dans SPT0418-47 est enrichi en éléments lourds, indiquant que des générations d'étoiles ont déjà vécu et disparu. Le composé spécifique détecté par les chercheurs est un type de molécule appelée hydrocarbure aromatique polycyclique, ou HAP. Sur Terre, ces molécules peuvent être trouvées dans les émissions produites par les moteurs à combustion ou les feux de forêt. Étant composées de chaînes de carbone, ces molécules organiques sont considérées comme les blocs de construction de base des premières formes de vie, ont déclaré les chercheurs.

«Ce que cette recherche nous dit pour le moment - et nous apprenons encore - c'est que nous pouvons voir toutes les régions où se trouvent ces plus petits grains de poussière - des régions que nous ne pouvions jamais voir avant le JWST», a déclaré Phadke. «Les nouvelles données spectroscopiques nous permettent d'observer la composition atomique et moléculaire de la galaxie, fournissant des informations très importantes sur la formation des galaxies, leur cycle de vie et leur évolution.»

«Nous ne nous y attendions pas», a déclaré Vieira. «La détection de ces molécules organiques complexes à une distance aussi éloignée est un changement de paradigme en ce qui concerne les observations futures. Ce travail n'est que la première étape, et nous apprenons tout juste à l'utiliser et à en comprendre les capacités. Nous sommes très excités de voir comment cela se passera.»

«C'est extrêmement cool que les galaxies que j'ai découvertes en écrivant ma thèse seraient un jour observées par le JWST», a déclaré Vieira. «Je suis reconnaissant aux contribuables américains, à la NSF et à la NASA d'avoir financé et soutenu à la fois le SPT et le JWST. Sans ces instruments, cette découverte n'aurait jamais pu être faite.»

Information sur la revue : Nature

Fourni par Université de l'Illinois à Urbana-Champaign