Les astronomes utilisant le Télescope spatial James Webb (JWST) ont découvert une galaxie avec un anneau lumineux d’étoiles nouveau-nées qui brillent dans l’univers primitif. La galaxie, que les chercheurs ont observée telle qu’elle est apparue 2,1 milliards d’années seulement après le Big Bang, est la galaxie annulaire la plus éloignée jamais découverte.
La galaxie annulaire, connue sous le nom de GS18660, pourrait être le résultat d’une collision entre deux galaxies, ont rapporté les chercheurs dans leur étude publiée le 8 septembre dans la revue Astronomie et astrophysique.
Il est rare de trouver l’instantané possible d’une telle fusion, compte tenu des délais qu’impliquent ces systèmes, Christophe Conséliceprofesseur d’astronomie extragalactique à l’Université de Manchester au Royaume-Uni qui n’a pas participé à l’étude, a déclaré à Live Science. Bien que les interactions entre galaxies aient pu être courantes au début de l’Univers, la création de systèmes en anneaux comme celui-ci est considérée comme inhabituelle.
« En ce sens, le système galactique est tout à fait unique et peut nous fournir des informations importantes sur la formation précoce des galaxies », a déclaré Conselice dans un courrier électronique.
Une découverte surprenante
Les scientifiques ont sélectionné GS18660 pour l’observation car il semblait étendu dans les zones plus anciennes. Télescope spatial Hubble images.
« Nous n’avons donc pas ciblé GS18660 spécifiquement en tant que galaxie en anneau », Michele Pernachercheur postdoctoral au Centre espagnol d’astrobiologie et premier auteur de l’étude, a déclaré à Live Science dans un e-mail. « Lorsque nous l’avons observé avec le JWST (instrument spectrographe proche infrarouge), les données beaucoup plus détaillées ont révélé la structure annulaire proéminente et nous ont permis d’étudier la galaxie en trois dimensions. »
À l’aide de JWST, l’équipe a étudié la forme unique de la galaxie, suivi les mouvements de son gaz chaud, analysé les propriétés chimiques du gaz et étudié l’histoire de la formation des étoiles de la galaxie.
Anneaux dirigés par des intrus
Lorsqu’une petite galaxie plonge au centre d’une galaxie plus grande, l’impact crée une vague de gaz dense qui ondule vers l’extérieur, de la même manière que l’eau se déplace lorsqu’une pierre tombe dans un étang. En conséquence, une galaxie collisionnelle se forme. Le gaz s’accumule le long de la vague et forme des étoiles, produisant un anneau. Ces galaxies sont rares dans l’univers local, et les quelques candidats trouvés dans l’univers lointain ont été difficiles à confirmer.
Plusieurs indices soutiennent que GS18660 est une galaxie en anneau collisionnelle. D’une part, les chercheurs ont repéré une petite galaxie compagne, s’éloignant de GS18660 à environ 264 miles par seconde (425 kilomètres par seconde). Ils ont également détecté un pont de gaz reliant les deux, et la vitesse le long de celui-ci a changé, a noté Perna. Le changement de vitesse le long de cette structure en forme de pont indique que le compagnon et GS18660 pourraient interagir.
Sa position est également importante, a ajouté Perna : le compagnon est situé à peu près le long de l’axe mineur de la galaxie principale, ce qui correspond à l’endroit où un intrus pourrait apparaître après une plongée frontale à travers le disque de la galaxie.
Soutenu par des étoiles
En utilisant la vitesse et la distance du compagnon, l’équipe a estimé une chronologie approximative de l’impact. Il a révélé que la collision s’est produite environ 17 à 42 millions d’années plus tôt dans l’histoire de la galaxie. Ce délai semble raisonnable, a déclaré Conselice.
Il a expliqué qu’il est difficile de déterminer directement l’âge d’une interaction passée, mais que si une interaction s’est produite, elle doit avoir eu lieu au moment où un épisode de formation rapide d’étoiles a commencé et son âge devrait être cohérent avec l’âge moyen des amas d’étoiles.
En examinant les taux de formation d’étoiles avec différents instruments, l’équipe estime que 10 à 20 % de la masse stellaire de l’anneau s’est formée au cours des dernières dizaines de millions d’années. Cela suggère que la collision et l’éclatement de nouvelles étoiles dans l’anneau auraient pu se produire en même temps, et qu’elles ont donc probablement été causées par le même événement, a expliqué Perna.
« Ce n’est pas, en soi, une preuve définitive d’une collision, mais avec la morphologie du pont et de l’anneau, cela renforce les arguments en faveur d’un impact récent », a noté Perna.
La découverte pourrait également mettre en lumière la fréquence de ces types de collisions. Alors que des estimations antérieures suggéraient que les anneaux de collision dans l’univers primitif pourraient être aussi rares qu’ils le sont aujourd’hui – environ 1 galaxie sur 10 000 – les nouvelles découvertes suggèrent que les collisions frontales formant des galaxies en anneaux pourraient être plus fréquentes dans l’univers primitif.
« Si GS18660 est confirmé comme étant un anneau de collision, cela suggérerait donc que nous devons revoir nos estimations de la fréquence à laquelle ces systèmes se produisent dans l’univers lointain », a déclaré Perna.
Une autre explication ?
L’équipe a exprimé sa prudence quant à ce que les données peuvent prouver. « Il s’agit en réalité de la combinaison de plusieurs éléments de preuve plutôt que d’une seule observation », a déclaré Perna. « Nous considérons donc l’interprétation collisionnelle comme notre scénario préféré plutôt que comme une conclusion définitive. »
Conselice pense que les preuves présentées dans l’article sont cohérentes avec une véritable origine collisionnelle de l’anneau. « Il me semble que l’hypothèse de la fusion est plus probable, étant donné l’intrus de la galaxie proche et la stabilité de la galaxie intruse et de la galaxie principale elle-même », a déclaré Conselice. « Dans l’ensemble, il s’agit d’une preuve convaincante qu’une interaction et/ou une fusion passée s’est produite pour ce système galactique, basée sur la distribution de la lumière. »
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L’autre explication concurrente implique une barre stellaire. Il suggère que la bague n’a pas du tout été fabriquée par un intrus. GS18660 montre également une structure en forme de barre s’étendant du nord au sud, et les barres peuvent canaliser le gaz et les étoiles vers des anneaux situés à des distances spécifiques du centre. Perna a déclaré que l’équipe ne peut pas encore dire s’il s’agit d’une véritable barre stellaire ou du résultat de l’interaction.
Un bar serait également une découverte passionnante. JWST a déjà découvert des galaxies barrées dans l’univers primitif, notamment CEERS-2112. Mais les chercheurs n’ont pas encore trouvé d’exemple clair d’anneau à barres si tôt dans l’univers.
« Que l’anneau ait été déclenché par une autre galaxie ou par la dynamique interne de GS18660 », a déclaré Perna, « le résultat nous dirait quelque chose d’important sur la façon dont les galaxies s’organisaient déjà structurellement lorsque l’univers n’avait que quelques milliards d’années ».
