Depuis son lancement le jour de Noël 2021, le Télescope spatial James Webb a prouvé sa valeur année après année. 2024 ne fait pas exception. Voici seulement cinq fois où le télescope ultrapuissant a remodelé notre compréhension de l’univers.
Grandes galaxies
Le télescope James Webb a été conçu, en partie, pour rechercher les premières galaxies de l’univers. Ces galaxies sont si éloignées de nous que l’expansion du cosmos a déplacé leur lumière vers la partie la plus rouge, ou infrarouge, du spectre électromagnétique.
Les astronomes ont utilisé l’observatoire pour trouver ces galaxies anciennes, et ce qu’ils ont trouvé, à maintes reprises, étaient des galaxies qui étaient plus grands et plus lumineux que ce à quoi nous nous attendions. Ce qui est en jeu ici, c’est notre compréhension de la formation des galaxies. L’univers primitif semble être un lieu beaucoup plus actif que nous le pensions.
Les galaxies apparaissent et grandissent très rapidement, en seulement quelques centaines de millions d’années. Les cosmologistes ne comprennent pas comment les processus de croissance des galaxies pourraient évoluer si rapidement, et les astronomes espèrent que les futures observations du télescope James Webb révéleront les indices nécessaires pour résoudre cette énigme.
Gros trous noirs
JWST a repéré de gigantesques trous noirs cette année. En mai, les astronomes j’ai été témoin de deux bêtes massiveschacun pesant environ 50 millions de fois la masse du soleil, au milieu d’une collision alors que le cosmos avait environ 740 millions d’années.
Les grands trous noirs du premier univers sont encore plus difficiles à expliquer que les grandes galaxies. En effet, la seule façon connue pour la formation des trous noirs est la mort d’étoiles massives, qui laissent derrière elles des trous noirs pesant jusqu’à plusieurs fois la masse du soleil. À partir de là, ces minuscules graines doivent consommer la matière environnante à une vitesse stupéfiante et fusionner assez fréquemment pour atteindre un statut supermassif à un âge cosmologique aussi précoce.
Les astronomes ne savent pas quels processus astrophysiques peuvent expliquer pourquoi ces trous noirs sont devenus si gros si tôt – mais JWST pourrait également aider à répondre à cette question.
Tension de Hubble
Au cours de la dernière décennie, les cosmologistes ont perdu le sommeil à cause d’un problème connu sous le nom de tension de Hubble. Différentes méthodes pour estimer le présent taux d’expansion de l’universconnu sous le nom de taux de Hubble ou constante de Hubble, renvoie des nombres légèrement différents.
La principale différence est que les mesures prises depuis l’univers primitif sont légèrement plus grandes que celles prises depuis l’univers ultérieur. Les astronomes ont lancé des centaines de propositions pour résoudre ces tensions, allant d’erreurs de mesure banales à la réécriture de notre compréhension de l’énergie noire.
À l’heure actuelle, il n’existe aucune explication communément admise à cette tension. Et cette année, le télescope James Webb n’a pas aidé après avoir confirmé que oui, Virginia, la tension de Hubble est bien réelle. Alors… merci ?
Neutre en carbone
La vie telle que nous la connaissons nécessite au moins cinq ingrédients clés : l’hydrogène, l’oxygène, le carbone, l’azote et le phosphore. Enlevez-en un et les processus biochimiques fondamentaux qui rendent la vie possible cesseraient. L’hydrogène a été forgé dès les premières minutes du Big Bang. Le reste ne peut se faire que dans le cœur des stars. Ces ingrédients ne pénètrent dans l’espace interstellaire – où ils peuvent participer à la formation de nouvelles étoiles et de nouveaux systèmes solaires – qu’une fois ces étoiles mortes.
Une planète comme la Terre, suffisamment riche en ces éléments pour rendre la vie possible, est le produit de plusieurs générations de vies et de morts stellaires s’étalant sur des milliards d’années. Ce fut donc une surprise lorsque les astronomes ont utilisé le télescope James Webb pour trouver un nuage de carbone formé seulement 350 millions d’années après le Big Bang.
Cela repousse l’époque où la vie aurait pu apparaître pour la première fois dans le cosmos. Si une grande quantité de carbone était présente dans un nuage, alors les autres ingrédients clés flottaient probablement également. Et tous ces éléments auraient pu façonner une planète avant même que l’univers n’ait un demi-milliard d’années. Nous ne savons pas encore si la vie existait à l’époque, mais cette découverte est un indice majeur démontrant qu’elle était possible.
La première génération
Le télescope James Webb est un instrument de premières : premières galaxies, premiers trous noirs, premiers éléments constitutifs de la vie. Mais le véritable Saint Graal cosmique est de trouver les premières étoiles. Dans la nomenclature particulière de l’astronomie, la première génération d’étoiles est connue sous le nom d’étoiles de la population III. Aucune étoile connue de la population III n’existe dans l’univers actuel, et les astronomes soupçonnent qu’aucune étoile de cette génération n’a vécu longtemps.
Ces étoiles seraient très différentes des populations modernes, qui ont besoin d’éléments plus lourds pour modérer leurs réactions de fusion. Mais la première génération ne disposait que d’hydrogène et d’hélium primordiaux pour travailler. Ces étoiles se sont formées avant même les premières galaxies et ont introduit l’aube cosmique – la première lumière stellaire du cosmos.
Trouver les premières étoiles serait monumental, et cette année, les astronomes l’ont peut-être fait. Les chercheurs ont découvert des notes subtiles d’étoiles de la population III dans la lumière combinée de la galaxie GN-z11une galaxie vivant seulement 430 millions d’années après le Big Bang. Même si cette galaxie a existé longtemps après l’apparition des premières étoiles, elle pourrait conserver une population résiduelle de ces anciens cierges magiques. La découverte est encore provisoire, mais si elle se confirme, elle pourrait entrer dans l’histoire comme la découverte la plus importante du télescope James Webb.
