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Dec 01, 2023

Les galaxies dans le miroir de JWST sont plus proches qu'elles ne le paraissent

Des annonces récentes de l'équipe du télescope spatial James Webb (JWST) ont montré que les galaxies du tout premier univers sont bien plus avancées, matures et évoluées qu'elles ne devraient l'être. Mais c'est peut-être

Des annonces récentes de l'équipe du télescope spatial James Webb (JWST) ont montré que les galaxies du tout premier univers sont bien plus avancées, matures et évoluées qu'elles ne devraient l'être. Mais cela pourrait être dû au fait que nous avons systématiquement surestimé les distances de ces galaxies, comme le démontre de nouvelles recherches.

Mesurer les distances dans l’espace est une tâche délicate. Il n'est pas toujours facile de discerner si une galaxie brillante et/ou grande est relativement proche, ou si elle est physiquement grande et lumineuse. Au fil des décennies, les astronomes ont développé une multitude de techniques pour contourner ce problème. La majorité de ces techniques fournissent des résultats fiables plus précisément dans un univers relativement local. Pour les galaxies très lointaines, comme celles ciblées par JWST, nous sommes obligés d’utiliser des méthodes beaucoup moins précises.

Au lieu de mesurer directement les distances jusqu'à des galaxies extrêmement lointaines, les astronomes tentent de déterminer leurs redshifts. Un redshift représente le changement dans le spectre lumineux d'une galaxie dû à son éloignement de nous en raison de l'expansion de l'univers. Bien qu'il soit possible de convertir un redshift en distance, les astronomes doivent pour cela s'appuyer sur un modèle cosmologique. En d’autres termes, supposons une certaine quantité d’énergie noire, de matière noire ou d’autres paramètres affectant le taux d’expansion de l’univers.

Ainsi, les astronomes se contentent généralement de signaler le redshift et de passer à autre chose. En général, plus le redshift est grand, plus une galaxie est éloignée de nous, ce qui nous intéresse vraiment de toute façon.

Le JWST a pu découvrir des galaxies avec des redshifts de 9 à 14, représentant certaines des galaxies les plus lointaines jamais découvertes, flottant très loin dans le cosmos naissant.

Peu importe comment on les compte, ces galaxies sont parmi les premières à apparaître sur la scène cosmique. Il est donc étonnant que certaines de leurs structures semblent étonnamment matures pour leur jeune âge. Certaines des galaxies extrêmement éloignées sont grandes, contiennent de nombreuses étoiles et contiennent de nombreux éléments lourds qui nécessitent plusieurs générations d’étoiles pour être produites.

Mais ces résultats surprenants étaient basés sur une méthode particulière de mesure du redshift – une méthode qui n’est pas très précise. La méthode, connue sous le nom de mesure photométrique du redshift, prend la lumière d’une galaxie et la trie dans des bacs. Les astronomes comparent ensuite la lumière contenue dans ces bacs à la même lumière provenant des galaxies voisines pour obtenir une estimation approximative du redshift.

Bien que plutôt incertaine, cette méthode a l’avantage d’être rapide et facile à mettre en œuvre, de sorte que les astronomes peuvent facilement rassembler un large échantillon de mesures de redshift sans avoir à effectuer beaucoup de travail supplémentaire.

Dans un article de suivi soumis pour publication et paru sur la prépublication arXiv, deux astronomes ont comparé deux douzaines de redshifts photométriques avec les redshifts obtenus par une méthode plus précise : la spectroscopie. Les redshifts spectroscopiques impliquent d'abord de collecter le spectre détaillé d'une galaxie, puis de l'utiliser pour mesurer le redshift. Bien que plus long et plus compliqué, le processus donne des mesures de redshift incroyablement précises.

Les chercheurs ont découvert que dans leur échantillon, presque tous les redshifts photométriques étaient biaisés pour être plus élevés que les redshifts spectroscopiques. En d’autres termes, l’estimation approximative a produit un redshift presque toujours supérieur au véritable redshift. Pour certaines galaxies, la différence était minime, mais pour d’autres, elle était énorme. Dans un cas, l'estimation photométrique du redshift donnait 11,5, alors que le véritable redshift était inférieur à 9. Cela représente une différence de plusieurs milliards d'années-lumière.

Dans l’ensemble, les chercheurs ont constaté que les redshifts photométriques devaient être atténués d’environ un écart type. Cela signifie que lorsque les redshifts photométriques ont été signalés avec leurs incertitudes, le véritable redshift se situe près de l'extrémité inférieure de cette plage d'incertitude, et non au milieu, comme on pourrait s'y attendre avec un tas d'incertitudes aléatoires.

Ce n’est pas un phénomène nouveau, soulignent les chercheurs. En fait, c'est quelque chose que le grand astronome Sir Arthur Eddington a souligné pour la première fois en 1913 dans le contexte d'études d'étoiles lointaines. Nous nous attendons à ce que les mesures photométriques soient imprécises, mais de manière aléatoire ; environ la moitié des galaxies devraient présenter un redshift trop important et l'autre moitié trop faible.