Les astronomes savent désormais à quelle distance se trouve la Terre de 200 galaxies

Le 11 juillet 2022, la toute première image prise par le télescope spatial James Webb (JWST) a été rendue publique. Il s’agit du premier champ profond de Webb, centré sur un amas de galaxies nommé SMACS 0723 et contenant pas moins de 7 000 galaxies.

Cette image s’est avérée être une cible importante pour l’étude de l’évolution des galaxies car elle contient un grand nombre de galaxies très lointaines qui éclairent la façon dont les galaxies se sont formées et ont évolué dans l’univers primitif.

Cependant, jusqu’à présent, il y a eu un manque de mesures précises et complètes des distances des galaxies dans ce domaine.

Une équipe d’astronomes canadiens et internationaux dirigée par le Dr Gaël Noirot, chercheur postdoctoral à l’Université Saint Mary’s à Halifax, a soigneusement inspecté et analysé le premier champ profond de Webb. Leur étude est publiée dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Membres du Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS), les scientifiques ont utilisé l’instrument canadien NIRISS (Near Infra-Red Imager and Slitless Spectrograph) à bord du JWST pour collecter les spectres des cibles galactiques dans l’image. Ces spectres sont un type de données scientifiques créées en décomposant la lumière d’un objet pour révéler des informations supplémentaires telles que l’âge ou la distance de l’objet.

Cartographier les « redshifts »

À l’aide de l’instrument NIRISS fabriqué au Canada de JWST, l’équipe a mesuré les « redshifts » (déplacements du spectre de galaxies très éloignées vers des longueurs d’onde plus longues) de près de 200 galaxies dont les distances à la Terre étaient auparavant inconnues. “NIRISS est parfait pour cela car il peut mesurer les redshifts de centaines de galaxies à la fois”, a déclaré Noirot, l’auteur principal de l’étude.

“Redshift” est une mesure précise de la distance d’une galaxie basée sur les signatures chimiques uniques observées dans son spectre. À mesure que l’univers s’étend, la lumière émise par des objets distants tels que les galaxies est étirée et leurs caractéristiques spectrales sont visibles à des longueurs d’onde plus longues (c’est-à-dire plus rouges) que celles émises à l’origine. Ce redshift, qui correspond à la différence entre la couleur observée et émise d’un objet, révèle sa distance à la Terre.

“Notre travail sur SMACS 0723, le premier champ profond de Webb et la première image scientifique jamais publiée par JWST, a produit le plus grand catalogue spectroscopique JWST de ce type avec des mesures de redshift fiables”, a déclaré le co-auteur Marcin Sawicki, professeur et titulaire d’une chaire de recherche du Canada à Sainte Marie. “Notre étude récemment publiée constituera une ressource précieuse pour la communauté astronomique et ouvrira de nouvelles voies de recherche”, a ajouté Noirot.

À partir de ce catalogue de redshift, les chercheurs ont découvert de nombreuses nouvelles galaxies dans l’amas SMACS 0723 dont la lumière a mis plus de 4 milliards d’années pour nous parvenir. Les amas, qui sont d’immenses groupes de galaxies maintenus ensemble par la force de gravité, peuvent contenir jusqu’à des milliers de galaxies.

La nouvelle étude permet de mieux comprendre comment les galaxies évoluent dans certains des environnements les plus extrêmes de l’univers et donne un aperçu de la répartition de la matière noire et de l’évolution des structures.

“En tant que membres d’un projet dirigé par le Canada, nous sommes encore plus ravis que cette amélioration significative, par rapport aux études précédentes du SMACS 0723, ait été rendue possible par les capacités spectroscopiques de l’instrument de fabrication canadienne NIRISS à bord du JWST”, a déclaré le National Research. Chris Willott du Conseil, qui dirige l’équipe CANUCS.

“L’utiliser à son plein potentiel”

«Cette technologie fabriquée au Canada nous permet d’utiliser JWST à son plein potentiel», a ajouté René Doyon, professeur à l’Université de Montréal, directeur de l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes et chercheur principal derrière l’instrument NIRISS. NIRISS conçu, construit et testé en Ontario par Honeywell Aerospace, dans ses installations d’Ottawa et de Cambridge. L’UdeM a également fourni des composants optiques clés.

Au sein de leur vaste collection de redshifts de galaxies, les chercheurs ont identifié trois autres surdensités de galaxies à des distances bien supérieures à celles de SMACS 0723, qui n’avaient jamais été observées auparavant dans ce domaine. Ces surdensités galactiques sont potentiellement des amas de galaxies nouvellement découverts situés à huit à 10 milliards d’années-lumière.

Capturer ces surdensités de galaxies à différentes époques cosmiques, c’est comme regarder un film en accéléré de la croissance de ces amas, depuis leur enfance dans un jeune univers jusqu’à nos jours.

Les amas représentent des cibles idéales pour de futures études visant à mieux comprendre comment les galaxies et les amas qu’elles habitent ont évolué depuis leur état au tout début de l’univers jusqu’à ce à quoi ils ressemblent aujourd’hui, y compris notre propre galaxie, la Voie Lactée, disent les scientifiques.

L’incroyable « Sparkler »

L’équipe CANUCS a déjà fait une découverte étonnante au sein de l’un de ces amas : la magnifique galaxie Sparkler. Découverte en septembre 2022, il s’agit d’une galaxie très agrandie, située à environ 9 milliards d’années-lumière, regorgeant de ce qui semble être les amas d’étoiles les plus anciens à s’être formés après le Big Bang.

Ce que le nouveau catalogue NIRISS redshift de l’équipe révèle maintenant, c’est que Sparkler n’est pas une galaxie isolée, mais réside dans l’une des surdensités galactiques récemment découvertes.

“Le fait que Sparkler ne vive pas seul mais qu’il soit membre d’une famille de galaxies a des implications importantes sur la formation des premiers amas d’étoiles après le Big Bang”, a déclaré Sawicki, co-auteur de l’étude précédente.

Les astronomes du CANUCS pourront améliorer leur catalogue de redshift galactique au cours de la deuxième année d’opérations scientifiques de Webb, actuellement en cours, car ils ont eu le temps de réobserver le premier champ profond de Webb de manière encore plus détaillée avec l’instrument NIRISS.

“La communauté astronomique a clairement reconnu la valeur de notre premier catalogue NIRISS redshift et souhaite que nous en fassions une autre version, encore meilleure”, explique Noirot, chercheur principal de ce programme d’observation.

Plusieurs équipes indépendantes de scientifiques ont utilisé le catalogue et les résultats de la nouvelle étude pour poursuivre leurs travaux sur le premier champ profond de Webb, et des recherches supplémentaires découlant des avancées du CANUCS sont attendues sur la formation des galaxies, la distribution de la matière noire et la évolution de l’univers.