Le télescope spatial James Webb (JWST) a découvert une galaxie qui ne devrait pas exister, du moins pas encore. Au plus profond de l’univers primitif, les astronomes ont identifié une galaxie massive d’apparence ancienne, dépourvue de la rotation ordonnée observée dans la plupart des structures cosmiques de son époque. Cette découverte remet en question notre compréhension de l’évolution des galaxies, suggérant que certains systèmes cosmiques ont mûri beaucoup plus rapidement que ne le prédisent les théories actuelles.
La découverte inattendue
Dans l’univers moderne, les galaxies se répartissent généralement en deux catégories : les rotateurs rapides, qui tournent comme des moulinets (comme notre Voie lactée), et les rotateurs lents, dans lesquels les étoiles se déplacent dans des directions chaotiques et aléatoires. Les rotateurs lents sont généralement le produit final de l’évolution des galaxies. Ils se forment après des milliards d’années de fusions et d’interactions gravitationnelles, apparaissant généralement uniquement dans des amas de galaxies locaux et matures.
Cependant, les observations du JWST ont révélé XMM-VID1-2075, une galaxie massive située à un redshift de z = 3,449. Cela signifie que nous le voyons tel qu’il existait il y a environ 12 milliards d’années, lorsque l’univers avait moins de 2 milliards d’années.
Malgré sa jeunesse, XMM-VID1-2075 présente les caractéristiques d’un « rotateur lent » :
* Il ne montre aucune rotation globale significative.
* Ses étoiles présentent un mouvement chaotique et aléatoire.
* Il a cessé de former de nouvelles étoiles, ce qui indique qu’il est déjà « mort » ou éteint.
“C’est quelque chose que l’on ne voit que dans les galaxies les plus massives et les plus matures, qui sont plus proches de nous dans l’espace et dans le temps”, a déclaré le Dr Ben Forrest de l’Université de Californie à Davis. “Celui-ci en particulier ne présentait aucune trace de rotation, ce qui était surprenant et très intéressant.”
Pourquoi c’est important
Les modèles cosmologiques standards suggèrent que les galaxies gagnent du moment cinétique grâce à l’afflux de gaz et à la gravité au fur et à mesure de leur formation, les faisant tourner. Pour devenir une galaxie à rotation lente, une galaxie doit généralement subir plusieurs fusions sur des milliards d’années. Ces collisions perturbent la rotation ordonnée, la transformant en un mouvement stellaire chaotique.
La découverte d’une galaxie avec cette structure chaotique si tôt dans l’histoire cosmique soulève une question cruciale : Comment a-t-elle atteint un état aussi mature si rapidement ?
Cette découverte implique que la chronologie de l’évolution des galaxies peut être compressée dans certains environnements, ou que des mécanismes alternatifs pour créer le chaos sont à l’œuvre. Cela suggère que l’univers primitif était capable de produire des systèmes complexes et dynamiquement chauds beaucoup plus tôt qu’on ne le pensait auparavant.
Une collision singulière ?
Le Dr Forrest et son équipe, qui font partie de l’enquête MAGAZ3NE (Massive Ancient Galaxies at z >3 NEar-Infrared), ont utilisé les capacités haute résolution de JWST pour analyser la cinématique interne de XMM-VID1-2075 et de deux galaxies similaires. Alors qu’une des galaxies de comparaison tournait normalement et qu’une autre était « désordonnée », XMM-VID1-2075 se démarquait comme un véritable rotateur lent.
L’équipe propose un mécanisme spécifique pour cette transformation rapide : une seule collision majeure plutôt qu’une série de petites fusions.
- L’hypothèse : Deux galaxies sont entrées en collision alors qu’elles tournaient dans des directions presque opposées.
- Le résultat : Leurs moments angulaires opposés s’annulent, créant un système avec un mouvement aléatoire élevé mais peu de rotation nette.
- Les preuves : JWST a détecté un important excès de lumière sur le côté de la galaxie, suggérant une interaction récente avec un autre objet qui a perturbé sa dynamique.
Repousser les frontières de l’observation
L’étude du mouvement interne des galaxies lointaines a toujours été presque impossible. Des observatoires terrestres comme le W.M. Keck Observatory, ces objets du premier univers semblent trop petits et trop faibles pour être résolus en détail. Des observations antérieures ont confirmé la masse de XMM-VID1-2075, plusieurs fois celle de la Voie Lactée, mais n’ont pas pu déterminer son état de rotation.
La sensibilité et la résolution infrarouges du JWST ont changé la donne. Comme l’a noté le Dr Forrest, même si de telles études cinématiques sont courantes pour les galaxies proches, elles deviennent désormais réalisables pour des cibles à redshift élevé, permettant aux astronomes de sonder l’histoire dynamique des premières structures de l’univers.
Conclusion
La découverte de XMM-VID1-2075 oblige à réévaluer les délais de formation des galaxies. Cela démontre que les galaxies massives pourraient atteindre un état chaotique et éteint au cours du premier milliard d’années de l’univers, probablement provoquées par des collisions violentes et singulières plutôt que par une évolution progressive. Cette découverte, publiée dans Nature Astronomy, met en évidence le rôle du JWST dans la découverte des complexités inattendues du cosmos primitif.
