Vues pour la première fois par le télescope James Webb, les « Gemmes Cosmiques » renferment cinq jeunes amas d’étoiles qui offrent une excellente vision des premières étapes de la réionisation, le processus cosmologique qui a permis la naissance des premières étoiles.
L’arc des Gemmes Cosmiques (SPT0615-JD1), une galaxie née moins de 500 millions d’années après le Big Bang, renferme cinq jeunes amas d’étoiles qui peuvent nous aider à résoudre le mystère de la formation des premières étoiles de l’Univers. Ces amas ont été observés pour la première fois par le télescope spatial James Webb et leur observation a confirmé que leur lumière a été émise lorsque l’univers avait environ 460 millions d’années. « On pense que les galaxies de ce type sont la principale source du rayonnement intense qui a réionisé l’Univers primordial – déclare la docteure Angela Adamo de l’Université de Stockholm, auteure principale de la nouvelle étude publiée dans Nature qui rapporte l’observation – . La particularité de l’arc des Gemmes Cosmiques est que grâce à l’effet de lentille gravitationnelle, nous pouvons en fait résoudre la galaxie jusqu’à des échelles de parsec« .
L’effet de lentille gravitationnelle est un phénomène lié au champ gravitationnel des galaxies, qui modifie le trajet de la lumière en provenance de galaxie plus lointaines, créant des images multiples et agrandies de la source. Cet effet n’avait jamais été observé pour des galaxies formées si tôt dans le temps et, dans le cadre de l’étude de l’Arc des Gemmes, il a permis à l’équipe scientifique de visualiser la distribution de ses étoiles. « L’incroyable sensibilité et résolution angulaire de Webb aux longueurs d’onde du proche infrarouge, combinées à la lentille gravitationnelle fournie par l’amas massif de galaxies en premier plan, nous a permis d’observer pour la première fois les amas d’étoiles de l’arc des Gemmes Cosmiques – a expliqué Larry Bradley de l’Institut de Science du Télescope Spatial et co-auteur de l’étude – . Aucun autre télescope n’aurait pu faire cette découverte« .
« La surprise et l’émerveillement ont été incroyables lorsque nous avons vu les images de Webb pour la première fois – a ajouté Adamo – . Nous avons vu une petite chaîne de points lumineux, reflétés d’un côté à l’autre: ces gemmes cosmiques sont des amas d’étoiles! Sans Webb, nous n’aurions pas su que nous observions des amas d’étoiles dans une galaxie aussi jeune« .
Les galaxies de ce type sont considérées comme la source principale du rayonnement intense qui a conduit à la réionisation de l’Univers, le processus qui a permis la naissance des premières étoiles. En particulier, les amas récemment détectés sont situés dans une région très petite de la galaxie, mais contribuent à la majeure partie de la lumière émise, en plus d’être significativement plus denses que les amas stellaires proches.
« Ces résultats fournissent une preuve directe de la formation d’amas proto-globulaires pendant l’ère de la réionisation, ce qui contribue à notre compréhension de comment ces galaxies ont pu réioniser l’univers – a observé Adamo – . Cette découverte pose également des contraintes importantes sur la formation des amas globulaires et leurs propriétés initiales. Par exemple, les densités stellaires élevées trouvées dans les amas nous fournissent les premières indications des processus qui se déroulent à l’intérieur, offrant de nouvelles informations sur la formation possible d’étoiles très massives et le rôle des trous noirs, tous deux importants pour l’évolution des galaxies« .