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Tuesday, Janvier 31, 2023

Le télescope spatial James Webb révèle les plus anciens amas d'étoiles de l'univers

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Des milliers de galaxies inondent cette image proche infrarouge à haute résolution de l'amas de galaxies SMACS 0723. Crédit : NASA, ESA, CSA, STScI


Une équipe d'astronomes a utilisé le télescope James Webb (JWST) pour identifier le plus éloigné amas globulaires jamais découvert. Ces groupes denses de millions d'étoiles peuvent être des reliques contenant les premières et les plus anciennes étoiles de l'univers.

La première analyse de la première image Deep Field de Webb, qui représente certaines des premières galaxies de l'univers, a été publiée récemment dans Les lettres du journal astrophysique. Les travaux ont été menés par une équipe d'astronomes canadiens, dont des experts du Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics de la Faculté des arts et des sciences de l'Université de Toronto.


« JWST a été conçu pour trouver les premières étoiles et les premières galaxies et pour nous aider à comprendre les origines de la complexité dans l'univers, comme les éléments chimiques et les éléments constitutifs de la vie », explique Lamiya Mowla, chercheuse postdoctorale à Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics et co-auteur principal de l'étude, qui a été réalisée par l'équipe canadienne NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS).

"Cette découverte dans le premier champ profond de Webb fournit déjà un aperçu détaillé de la première phase de formation d'étoiles, confirmant l'incroyable puissance de JWST."

Les chercheurs ont étudié la galaxie Sparkler située dans le premier champ profond de Webb et ont utilisé JWST pour déterminer que cinq des objets étincelants qui l'entourent sont des amas globulaires. Crédit : Image via l'Agence spatiale canadienne avec des images de la NASA, de l'ESA, de l'ASC, du STScI ; Mowla, Iyer et al. 2022


Dans l'image finement détaillée du premier champ profond de Webb, les astronomes se sont rapidement concentrés sur ce qu'ils ont surnommé "la galaxie Sparkler". Située à neuf milliards d'années-lumière, cette galaxie tire son nom des objets compacts apparaissant sous la forme de petits points jaune-rouge qui l'entourent, que les chercheurs appellent des "étincelles". L'équipe de recherche a déterminé que ces étincelles pourraient être soit de jeunes amas formant activement des étoiles - nés trois milliards d'années après la

Big Bang
Le Big Bang est le principal modèle cosmologique expliquant comment l'univers tel que nous le connaissons a commencé il y a environ 13.8 milliards d'années.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Big Bang au pic de la formation d'étoiles – ou anciens amas globulaires. Les amas globulaires sont d'anciennes collections d'étoiles de l'enfance d'une galaxie et contiennent des indices sur ses premières phases de formation et de croissance.

À partir d'une première analyse de 12 de ces objets compacts, l'équipe de chercheurs a déterminé que cinq d'entre eux ne sont pas seulement des amas globulaires mais parmi les plus anciens connus.

"Regarder les premières images de JWST et découvrir d'anciens amas globulaires autour de galaxies lointaines a été un moment incroyable - un moment qui n'était pas possible avec les précédents

Le télescope spatial Hubble
Le télescope spatial Hubble (souvent appelé Hubble ou HST) est l'un des grands observatoires de la NASA et a été lancé en orbite terrestre basse en 1990. C'est l'un des télescopes spatiaux les plus grands et les plus polyvalents utilisés et dispose d'un miroir de 2.4 mètres et quatre instruments principaux qui observent dans les régions ultraviolette, visible et proche infrarouge du spectre électromagnétique. Il a été nommé d'après l'astronome Edwin Hubble.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Imagerie du télescope spatial Hubble”, déclare Kartheik G. Iyer, chercheur post-doctoral au Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics et co-auteur principal de l'étude.

« Puisque nous avons pu observer les étincelles sur une gamme de longueurs d'onde, nous avons pu les modéliser et mieux comprendre leurs propriétés physiques, comme leur âge et le nombre d'étoiles qu'elles contiennent. Nous espérons que le fait de savoir que les amas globulaires peuvent être observés à de si grandes distances avec JWST stimulera la science et la recherche d'objets similaires.


La lentille gravitationnelle est utilisée par les astronomes pour étudier des galaxies très lointaines et très faibles. Crédit : NASA, ESA & L. Calçada

La

voie Lactée
La Voie lactée est la galaxie qui contient notre système solaire et porte le nom de son apparition depuis la Terre. C'est une galaxie spirale barrée qui contient environ 100 à 400 milliards d'étoiles et a un diamètre compris entre 150,000 200,000 et XNUMX XNUMX années-lumière.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>La galaxie de la Voie lactée est connue pour avoir environ 150 amas globulaires, mais comment et quand exactement ces amas denses d'étoiles formées n'est pas bien compris. Les astronomes savent que les amas globulaires peuvent être extrêmement anciens, mais il est extrêmement difficile de mesurer leur âge. L'utilisation d'amas globulaires très éloignés pour dater les premières étoiles dans des galaxies lointaines n'a jamais été faite auparavant et n'est possible qu'avec JWST.

"Ces amas nouvellement identifiés se sont formés près de la première fois où il était même possible de former des étoiles", explique Mowla. "Parce que la galaxie Sparkler est beaucoup plus éloignée que notre propre Voie lactée, il est plus facile de déterminer l'âge de ses amas globulaires. Nous observons le Sparkler tel qu'il était il y a neuf milliards d'années, alors que l'univers n'avait que quatre milliards et demi d'années, en regardant quelque chose qui s'est passé il y a longtemps. Considérez cela comme deviner l'âge d'une personne en fonction de son apparence - il est facile de faire la différence entre un enfant de cinq et 10 ans, mais difficile de faire la différence entre un homme de 50 et 55 ans.

Jusqu'à présent, les astronomes ne pouvaient pas voir les objets compacts environnants de la galaxie Sparkler avec le télescope spatial Hubble. Cela a changé avec la résolution et la sensibilité accrues de JWST, dévoilant pour la première fois les minuscules points entourant la galaxie dans la première image Deep Field de Webb. La galaxie Sparkler est spéciale car elle est agrandie d'un facteur 100 en raison d'un effet appelé lentille gravitationnelle - où l'amas de galaxies SMACS 0723 au premier plan déforme ce qui se trouve derrière, un peu comme une loupe géante. De plus, la lentille gravitationnelle produit trois images distinctes du Sparkler, permettant aux astronomes d'étudier la galaxie plus en détail.

De gauche à droite : Kartheik Iyer, Vince Estrada-Carpenter, Guillaume Desperez, Lamiya Mowla, Marcin Sawicki, Victoria Strait, Gabe Brammer et Kate Gould (sur écran d'ordinateur portable), Ghassan Sarrouh, Chris Willott, Bob Abraham, Gael Noirot, Yoshi Asada, Nick Martis, crédit : hoto avec l'aimable autorisation de Lamiya Mowla et Kartheik Iyer

"Notre étude du Sparkler met en évidence l'énorme puissance de la combinaison des capacités uniques de JWST avec le grossissement naturel offert par la lentille gravitationnelle", déclare Chris Willott, chef de l'équipe CANUCS du Centre de recherche Herzberg en astronomie et astrophysique du Conseil national de recherches. "L'équipe est enthousiasmée par d'autres découvertes à venir lorsque JWST se tournera vers les amas de galaxies CANUCS le mois prochain."

Les chercheurs ont combiné les nouvelles données de la caméra proche infrarouge (NIRCam) de JWST avec les données d'archives du télescope Hubble Scape. NIRCam détecte les objets faibles en utilisant des longueurs d'onde plus longues et plus rouges pour observer au-delà de ce qui est visible à l'œil humain et même au télescope spatial Hubble. Les grossissements dus à la lentille par l'amas de galaxies et la haute résolution de JWST sont ce qui a rendu possible l'observation d'objets compacts.

L'instrument NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) de fabrication canadienne sur le JWST a fourni une confirmation indépendante que les objets sont d'anciens amas globulaires parce que les chercheurs n'ont pas observé de lignes d'émission d'oxygène - des émissions avec des spectres mesurables émises par de jeunes amas qui sont activement formant des étoiles. NIRISS a également aidé à démêler la géométrie des images à triple lentille du Sparkler.



« L'instrument NIRISS fabriqué au Canada de JWST a été essentiel pour nous aider à comprendre comment les trois images du Sparkler et de ses amas globulaires sont liées », explique Marcin Sawicki, professeur à Saint. Mary's University, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en astronomie et co-auteur de l'étude. "En voyant plusieurs des amas globulaires du Sparkler imagés trois fois, il est clair qu'ils sont en orbite autour de la galaxie Sparkler plutôt que d'être simplement devant elle par hasard."

Le JWST observera les champs CANUCS à partir d'octobre 2022, en exploitant ses données pour examiner cinq amas massifs de galaxies, autour desquels les chercheurs s'attendent à trouver d'autres systèmes de ce type. Les études futures modéliseront également l'amas de galaxies pour comprendre l'effet de lentille et exécuteront des analyses plus robustes pour expliquer les historiques de formation d'étoiles.

Référence : « The Sparkler : Evolved High-redshift Globular Cluster Candidates Captured by JWST » par Lamiya Mowla, Kartheik G. Iyer, Guillaume Desprez, Vicente Estrada-Carpenter, Nicholas S. Martis, Gaël Noirot, Ghassan T. Sarrouh, Victoria Strait, Yoshihisa Asada, Roberto G. Abraham, Gabriel Brammer, Marcin Sawicki, Chris J. Willott, Marusa Bradac, René Doyon, Adam Muzzin, Camilla Pacifici, Swara Ravindranath et Johannes Zabl, 29 septembre 2022, Les lettres du journal astrophysique.
DOI : 10.3847/2041-8213/ac90ca

Les institutions collaboratrices comprennent l'Université York et des institutions aux États-Unis et Europe. La recherche a été financée par l'Agence spatiale canadienne et le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada.



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