Des observations récentes du télescope spatial James Webb (JWST) ont révélé que les premières galaxies de l’univers étaient loin des structures bien organisées que nous voyons aujourd’hui. Au lieu de cela, ces premières galaxies étaient des amas de gaz turbulents et chaotiques, subissant des périodes de formation intense d’étoiles et influencés par des trous noirs supermassifs à croissance rapide. Cela dresse un tableau saisissant d’une « époque désordonnée » dans l’histoire cosmique.
Observer les galaxies à l’aube cosmique
Une équipe d’astronomes, dirigée par Lola Dunhaive de l’Université de Cambridge, a utilisé l’instrument NIRCam du JWST pour étudier 272 petites galaxies, datant de 800 millions à 1,5 milliard d’années après le Big Bang. La lumière provenant de ces galaxies lointaines a mis des milliards d’années pour nous parvenir, offrant ainsi une fenêtre unique sur les premiers stades de l’univers – une période connue sous le nom d’Aube Cosmique (50 millions à 1 milliard d’années après le Big Bang) qui a précédé le Midi Cosmique (2 à 3 milliards d’années après le Big Bang), lorsque la formation des étoiles a atteint son apogée.
La nature turbulente des premières galaxies
Les observations ont montré que, contrairement aux disques de gaz et d’étoiles en rotation douce qui prévalaient dans les galaxies proches, le mouvement des gaz dans ces premières galaxies était turbulent. Au lieu de circuler autour de leurs centres dans des courants ordonnés, le gaz s’écoulait dans plusieurs directions, créant des tourbillons chaotiques, des ondes de choc et des amas de matière inégaux. L’équipe a décrit ces premières galaxies comme étant « à l’aube des disques », passant par plusieurs phases d’instabilité avant de s’installer dans les structures ordonnées que nous observons aujourd’hui.
Facteurs contribuant au chaos
Plusieurs facteurs ont contribué à cet état turbulent :
- Formation rapide d’étoiles : Les étoiles nouveau-nées, comme les humains nouveau-nés, peuvent être erratiques. Ces jeunes étoiles émettaient de puissants vents stellaires et des explosions de rayonnement de haute énergie, perturbant les nuages de gaz environnants où elles se sont formées.
- Gaz intergalactique plus dense : Parce que l’univers s’est étendu depuis le Big Bang, il était un endroit plus petit et plus dense juste avant le midi cosmique. Cela signifiait que davantage de gaz intergalactique affluait dans les premières galaxies, alimentant davantage les turbulences.
- Trous noirs supermassifs : Les trous noirs supermassifs au centre de ces galaxies se nourrissaient activement de gaz, expulsant la matière et les radiations et contribuant à un environnement chaotique.
- Taille plus petite : Comparées aux galaxies de l’univers actuel, ces premières galaxies étaient relativement petites (allant de 100 millions à 10 milliards de fois la masse de notre soleil), ce qui signifie que des événements tels que les sursauts de formation d’étoiles et l’activité des trous noirs avaient un impact proportionnellement plus important sur leur stabilité.
Exceptions et recherches futures
Alors que la plupart des galaxies étudiées présentaient un comportement turbulent, quelques-unes ont montré des signes de stabilité antérieure, tendant à être plus grandes et peut-être plus résilientes. Ces observations confirment largement les prédictions des modèles existants d’évolution galactique, renforçant ainsi le lien entre observation et théorie.
Dunhaive et ses collègues prévoient de combiner leurs observations de l’hydrogène gazeux ionisé avec les prochaines observations de gaz froids et de poussières, permettant ainsi une compréhension plus complète de la structure et de l’évolution de ces premières galaxies. « Avec plus de données, nous serons en mesure de suivre comment ces systèmes turbulents se sont développés et sont devenus les spirales gracieuses que nous voyons aujourd’hui », explique Sandro Tacchella, co-auteur de l’étude. Les nouvelles données en diront davantage sur les structures et les chemins évolutifs de ces anciennes galaxies formatrices.
L’étude offre un aperçu précieux des conditions dynamiques et souvent chaotiques qui ont caractérisé l’univers primitif et souligne le rôle essentiel que joue le JWST dans la résolution des mystères de l’évolution cosmique.
