Depuis que le James Webb est devenu opérationnel au début de l’été, il ne s’est pas contenté de prendre de belles photos. En effet, l’objectif premier du télescope spatial était de trouver les premières galaxies créées après le Big Bang. 

L’essentiel : James Webb découvre de plus en plus de galaxies qui n’existaient que quelques centaines de millions d’années après la création de l’univers. 

• On estime que les deux galaxies découvertes se sont formées respectivement 350 et 450 millions d’années après le Big Bang. Arjen van der Wel, professeur d’astronomie à l’université de Gand, explique à Business AM qu’il s’agit des objets les plus anciens observés à ce jour.

• « Les galaxies découvertes aujourd’hui sont sans aucun doute les objets les plus anciens dont nous connaissons l’existence », déclare-t-il.

• Selon M. van der Wel, les scientifiques savaient déjà que les galaxies pouvaient se former aussi tôt. En 2016, par exemple, le télescope spatial Hubble a découvert une galaxie qui pourrait avoir existé quelque 420 millions d’années après la création de l’univers.

• « Cette affirmation n’est pas entièrement exempte de controverse », nuance M. van der Wel. « Tout le monde n’a pas accepté la découverte ; c’est un objet si bizarrement brillant que même ceux qui ont accepté la mesure du décalage vers le rouge ne savaient pas quoi en faire et il pourrait s’agir d’un objet unique, trouvé avec beaucoup de chance. »

• Dans ce dernier cas, James Webb n’aurait pas nécessairement la tâche facile pour trouver de tels objets, explique le chercheur. Cependant, il apparaît maintenant que c’est le cas.

• « Avec l’augmentation du nombre d’objets relativement brillants découverts par le James Webb, il ne fait plus aucun doute que de grandes galaxies ont existé très tôt, ce qui est inattendu », explique-t-il. L’apparition d’un grand nombre de petites galaxies à cette époque est prévisible d’un point de vue théorique, mais nous ne nous attendions pas à les trouver avant bien plus tard, lorsque la qualité des observations de James Webb sera encore meilleure », explique M. van der Wel.

Les premières étoiles

Mais : Selon M. van der Wel, on ne sait toujours pas quand les premières étoiles et galaxies se sont formées.

• « Il se pourrait bien que les premières étoiles se soient formées dès 50 à 100 millions d’années après le Big Bang, mais que cela n’ait pas conduit immédiatement à la formation des galaxies. »

• Dans ce cas, il s’agirait d’étoiles dites de population III. Il s’agit d’étoiles théoriques aux masses énormes et aux durées de vie très courtes qui ont dû exister dans l’univers primitif. Les étoiles de population III auraient été créées lorsqu’il n’y avait pas d’éléments plus lourds dans l’univers, et seraient responsables de la création d’atomes plus lourds que l’hélium.

• « Les premières étoiles de la population III, qui ne sont probablement pas plus de quelques millions, forment des éléments plus lourds et enrichissent ainsi le gaz en un temps très court, après quoi des milliards d’étoiles avec des éléments plus lourds peuvent se former à partir de ce gaz enrichi. Il est très probablement impossible de former un grand nombre d’étoiles sans ces éléments plus lourds », explique M. van der Wel.

Jusqu’à présent, cependant, il n’est pas possible de remonter aussi loin dans le temps. Certains scientifiques espèrent toujours que James Webb pourra trouver des étoiles de population III. 

Remonter dans le temps

Entre les lignes : Comment le James Webb peut-il regarder dans le passé ?

• Le James Webb est conçu pour détecter les sources lumineuses très faibles et le rayonnement infrarouge de l’espace. « La raison pour laquelle James Webb est dans l’espace est d’éviter de devoir regarder à travers l’atmosphère chaude de la Terre et de rendre le télescope très froid, afin qu’il ne détecte pas son propre rayonnement infrarouge », explique M. van der Wel.

• La lumière infrarouge est un outil important pour l’étude de l’univers. Non seulement il peut traverser la poussière et le gaz plus facilement que la lumière dans le spectre visuel, mais les jeunes étoiles et planètes émettent également beaucoup de rayonnement infrarouge parce qu’elles ne sont pas encore à pleine température.

• Mais le plus important est peut-être que le rayonnement infrarouge d’objets extrêmement lointains peut être détecté par James Webb. Après tout, en raison de l’expansion de l’univers, ces objets sont de plus en plus éloignés de la Terre. 

• Les ondes lumineuses qu’ils émettent deviennent donc de plus en plus longues. Ils finissent par s’étirer dans le spectre infrarouge, ce qui rend les télescopes optiques incapables de les détecter. Ce phénomène est appelé décalage vers le rouge, ou redshift.

L’avenir

Et maintenant : selon M. van der Wel, de nombreuses connaissances sur l’univers primitif seront acquises dans un avenir proche.

• « Pour l’instant, la plupart des galaxies candidates ont été trouvées en étudiant des images, sans mesures directes des décalages vers le rouge. Cela commence maintenant à changer. » Un article qui sera bientôt publié dans la revue Nature présentera les mesures des décalages vers le rouge d’un certain nombre d’objets.

• « En outre, des images plus nombreuses et encore plus profondes seront obtenues avec le James Webb. Cela nous permettra de cartographier le nombre total d’étoiles et de galaxies en fonction du décalage vers le rouge. »

• D’autres télescopes seront également utilisés pour étudier les galaxies lointaines, précise l’astronome. « A des décalages vers le rouge élevés, cependant, cela devient très difficile pour les autres télescopes et presque toutes les informations proviendront du James Webb. »

MB