Des astronomes ont découvert que certaines des plus grandes galaxies de l'univers primitif cachaient secrètement un tas de petites étoiles, les rendant potentiellement quatre fois plus massives que ce que l'on pensait auparavant. C'est comme découvrir que la modeste maison de votre voisin a en réalité un manoir souterrain secret.
L'équipe internationale, comprenant des chercheurs de Penn State, a publié ses résultats dans Nature Astronomy, ajoutant encore un autre casse-tête pour les scientifiques qui tentent de comprendre comment les premières galaxies se sont formées et ont évolué.
En utilisant le télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA, les chercheurs ont examiné neuf galaxies massives et matures qui ont cessé de former de nouvelles étoiles il y a des milliards d'années. Ils ont combiné les observations de l'univers lointain faites par JWST avec des données antérieures provenant du Very Large Telescope au sol - car pourquoi utiliser un seul télescope puissant quand on peut en utiliser deux ?
Pour la première fois, ils ont pu estimer de manière fiable les nombres relatifs de petites étoiles faibles et de plus grandes étoiles brillantes dans des galaxies à des distances aussi époustouflantes.
« Ces galaxies sont différentes », a déclaré Joel Leja, professeur associé de mi-carrière en astronomie et astrophysique à Penn State et co-auteur de l'article. « Elles sont différentes d'une manière vraiment difficile à comprendre, car elles sont plus massives que prévu - comme beaucoup plus massives, elles ont trois ou quatre fois plus de masse que prévu. » En d'autres termes, l'univers continue de nous surprendre, et pas toujours de manière positive.
Les astronomes ont séparé la lumière de chaque galaxie en un spectre, cherchant de petites variations de couleur qui révèlent quels types d'étoiles sont présents. Le piège : les grandes étoiles brillantes accaparent l'attention, tandis que les plus petites sont timides et difficiles à repérer. Les chercheurs de Penn State ont fourni leur expertise et leurs conseils pour modéliser la lumière de ces systèmes galactiques.
« Si une galaxie était une ville, les étoiles les plus brillantes seraient les gratte-ciel qui attirent immédiatement votre regard de loin », a déclaré l'auteure principale Chloe Cheng, récente diplômée de doctorat de l'Université de Leyde. « Nos modèles montrent qu'une population beaucoup plus nombreuse d'étoiles de faible masse est cachée par ces étoiles brillantes rares, comme des maisons cachées entre des gratte-ciel. Par conséquent, cette galaxie s'avère être beaucoup plus massive que les estimations précédentes ne le suggéraient. » Donc, fondamentalement, l'univers est plein de banlieues cosmiques.
Traditionnellement, les astronomes supposaient que les étoiles se formaient dans des proportions à peu près similaires dans tout l'univers, mais ces découvertes remettent en question cette hypothèse de longue date. Les galaxies les plus massives de l'univers primitif semblent être remplies de plus d'étoiles de faible masse que les galaxies plus petites comme notre Voie lactée.
Une galaxie s'est démarquée, selon la co-auteure Martje Slob, doctorante à l'Université de Leyde. Elle s'est probablement formée moins d'un milliard et demi d'années après le Big Bang et pourrait être jusqu'à quatre fois plus massive que ce qui avait été calculé auparavant.
« Jusqu'à récemment, des mesures comme celles-ci étaient tout simplement impossibles », a déclaré Slob. « Nous avions besoin non seulement d'un télescope capable de magnifier des galaxies très lointaines, mais aussi de spectres d'une qualité exceptionnelle et de nouvelles techniques d'analyse pour détecter de manière fiable les signatures subtiles des étoiles faibles et de faible masse cachées dans ces titans cosmiques. » Parce qu'apparemment, les plus grandes galaxies de l'univers aiment jouer à cache-cache.
Ces découvertes ont des implications majeures pour la compréhension de la façon dont les galaxies se sont développées dans l'univers jeune. Depuis que JWST a commencé à observer, les astronomes ont trouvé à plusieurs reprises des galaxies étonnamment massives et matures qui existaient peu après le Big Bang, mettant sous pression les modèles existants de formation des galaxies.
« Cette découverte a des implications cruciales pour notre compréhension de l'univers primitif », a déclaré Leja, qui est également affilié à l'Institut Penn State pour les sciences computationnelles et des données. « Depuis le lancement de JWST, les astronomes ont trouvé des galaxies étonnamment massives et matures qui existaient déjà peu après le Big Bang. On pense que ces galaxies très précoces évoluent vers le type de galaxies étudiées »