Les astronomes ont découvert un système incroyablement rare dans lequel au moins cinq galaxies de l’univers précoce fusionnent – seulement 800 millions d’années après Big bang. La découverte remarquable a été faite à l’aide de données à partir du Télescope spatial James Webb (JWST) et le télescope spatial Hubble.
Les fusions de galaxies jouent un rôle clé dans la formation des galaxies dans l’univers précoce. Bien que non couramment observés, des systèmes de fusion se produisent, impliquant généralement deux galaxies. Cependant, la fusion nouvellement identifiée, surnommée Quintet de JWST, contient au moins cinq galaxies et 17 amas de galaxies.
« Trouver un tel système avec cinq galaxies physiquement liés est exceptionnellement rare, à la fois dans les simulations actuelles et dans les observations », a déclaré l’auteur principal de l’étude Weida Huchercheur postdoctoral à la Texas A&M University. « La probabilité de détecter même une (fusion multiple galaxie) est assez faible, ce qui soulève la possibilité que nous ayons eu une » chance « dans l’identification de ce système si tôt », a déclaré Hu à Live Science dans un e-mail.
Ces galaxies sont appelées galaxies en ligne d’émission car elles ont des signatures importantes dans leur lumière, en particulier celles émises par l’hydrogène et l’oxygène, qui sont des signes révélateurs de nouvelles étoiles.
Le pouvoir de deux
La recherche, publiée le 15 août dans la revue Astronomie naturellea utilisé une combinaison de données JWST et Hubble.
La caméra proche infrarouge de JWST (Nircam) a laissé entendre un grand halo de gaz autour du groupe de galaxies, ce qui signifiait que les cinq galaxies ne sont pas indépendantes mais sont plutôt connectées physiquement et intégrées dans le même système, a expliqué Hu.
Bien que certaines de ces galaxies aient été précédemment détectées à l’aide de Hubble, « seules les données JWST nous disent que les cinq galaxies ont le même décalage vers le rouge et interagissent entre elles », a ajouté Hu. (Le décalage vers le rouge est une mesure de la distance cosmique, avec des décalages vers le rouge plus élevés correspondant à des objets anciens plus éloignés. Le décalage rouge se produit lorsque la lumière émise par des objets distants s’étend en longueurs d’onde plus longues et plus rouges tout en traversant l’univers en expansion.)
Hu a suggéré qu’il pourrait y avoir d’autres galaxies faibles ou cachées liées au quintette de JWST qui n’ont pas encore été détectées. Mais la découverte de ces galaxies peut nécessiter des observations avancées de longueur d’onde.
Les premières fusions d’univers impliquant plus de deux galaxies sont extrêmement rares, a déclaré Consélice de Christopherprofesseur d’astronomie extragalactique à l’Université de Manchester qui n’a pas été impliqué dans l’étude.
« Si vous regardez toutes les galaxies, alors 20 à 30% d’entre eux seront dans une fusion. Ce ne sera que deux galaxies. La fraction de ces multiples systèmes de fusion sera beaucoup plus bas, et nous n’avons pas encore de statistiques, mais certainement inférieure à 1% », a déclaré à Conselice en direct.
L’équipe a constaté que les deux galaxies principales du système semblent être séparées par une distance de 43 300 années-lumière, et la paire la plus éloignée parmi toutes les galaxies du système semble être à 60 700 années-lumière. (À titre de comparaison, notre Voie lactée La galaxie est d’environ 100 000 années-lumière de bout en bout.)
« Le fait que les galaxies soient spatialement proches les unes des autres est l’indication qu’ils fusionnent probablement », a déclaré Conselice. « Il y a une place pour l’interprétation quant à savoir si certains objets pourraient faire partie de la même galaxie », a-t-il ajouté.
Le cousin éloigné
Ce système est similaire à son homologue d’univers local, Quintette de Stephanqui est une fusion de quatre galaxies, avec une cinquième galaxie qui apparaît dans la même partie du ciel mais qui ne fusionne pas.
« Une similitude frappante est la présence d’un pont de matériau reliant deux galaxies dans le quintette de JWST – une caractéristique également vue dans le quintette de Stephan, indiquant des queues de marée produites par l’interaction de la galaxie », a déclaré Hu. « Cependant, le taux de formation des étoiles du quintette de JWST est beaucoup plus élevé. »
Alors que toutes les galaxies de Stephan’s Quintet sont des systèmes beaucoup plus anciens dans l’univers voisin, et sont donc moins actifs, les galaxies du quintette de JWST sont riches en gaz et forment vigoureusement de nouvelles étoiles à un rythme plus élevé que prévu pour cette période.
Le quintette de JWST, avec au moins cinq galaxies et 17 amas de galaxies, a une masse stellaire totale de 10 milliards de soleils. L’étude suggère que la masse élevée et le taux de formation d’étoiles indiquent que les galaxies de la fusion peuvent évoluer vers une galaxie de repos massive, survenant environ 1 milliard à 1,5 milliard d’années après le Big Bang. Les galaxies au repos sont celles qui cessent de former de nouvelles étoiles. Études JWST précédentes ont détecté plusieurs d’entre eux dans le premier univers, ce qui a soulevé des questions sur la façon dont les galaxies pourraient devenir « mortes » si tôt dans l’univers.
Consélice a déclaré que l’avenir de la fusion des galaxies est une grande question. Ils pourraient finir comme des galaxies formant des étoiles, mais avec moins d’activité, ou ils pourraient simplement devenir « morts » ou passifs au fil du temps. L’avenir du système dépendra également de la question de savoir si les galaxies hébergent activement les trous noirs, ce qui pourrait pousser le système à éteindre la formation d’étoiles très rapidement.
Si les galaxies fusionnées se transforment en un système mort, le quintette de JWST pourrait potentiellement expliquer à quel point les galaxies de repos massives peuvent se former rapidement grâce à la fusion de galaxies plus petites et étoilées dans l’univers précoce.
Hu a noté que les images Nircam de JWST montrent des détails clairs des formes et des structures des objets, mais ils n’offrent pas d’informations précises comme l’intensité des lignes spectrales. Sans ces détails spectroscopiques, il est difficile de mesurer avec précision les propriétés telles que la métallicité, le mouvement et la dynamique du système, ou la nature du gaz à l’intérieur de ces galaxies et touffes.
Si davantage de systèmes comme le quintette de JWST se trouvent dans les futures enquêtes de JWST, les chercheurs peuvent étudier à quelle fréquence ces groupes de galaxies fusionnés apparaissent, leur nature et examiner les conditions dans lesquelles ils se forment. Cela permettra aux chercheurs de vérifier si ces systèmes appartiennent à une classe rare que le modèle standard actuel de l’univers prédit ou s’ils suggèrent de nouveaux mécanismes en action.
