Les astronomes utilisant les télescopes James Webb, Hubble et ALMA ont fait une découverte surprenante : les galaxies du premier univers ont mûri beaucoup plus rapidement que prévu. Ces « adolescents cosmiques », existant un peu plus d’un milliard d’années après le Big Bang, présentent des caractéristiques que l’on pensait auparavant se développer sur des échelles de temps beaucoup plus longues, soulevant des questions sur les modèles établis d’évolution galactique.
Enrichissement chimique rapide
L’équipe de recherche a observé 18 galaxies situées à environ 12,5 milliards d’années-lumière. L’une des principales découvertes est que ces galaxies sont exceptionnellement riches en éléments lourds, en métaux comme le carbone et l’oxygène, malgré leur jeune âge. Le modèle standard prédit que les éléments lourds s’accumulent progressivement au cours des cycles de vie stellaires et des explosions de supernova. Pourtant, ces galaxies semblent « chimiquement matures », comme si elles avaient sauté des étapes de développement.
«C’était une surprise de voir des galaxies aussi chimiquement matures», explique Andreas Faisst de Caltech. “C’est comme voir des enfants de 2 ans se comporter comme des adolescents. Comment se forment les métaux en moins d’un milliard d’années ?” Cela soulève des questions fondamentales sur les processus régissant la production de métaux dans l’univers primitif et sur la question de savoir si les simulations actuelles reflètent fidèlement la réalité.
Structures d’une maturité inattendue
Au-delà de leur composition chimique, les galaxies présentent également des structures étonnamment développées. Beaucoup possèdent des disques stellaires rotatifs, semblables à ceux trouvés dans les galaxies spirales matures comme notre Voie lactée. On pensait auparavant que de telles caractéristiques apparaissaient bien plus tard dans l’histoire galactique. La présence de ces structures si tôt suggère que l’univers pourrait avoir accéléré la formation des galaxies plus efficacement qu’on ne le pensait auparavant.
Trous noirs affamés et gaz riches en métaux
Cette croissance rapide ne se limite pas aux galaxies elles-mêmes. Les trous noirs supermassifs en leur centre accumulent également de la matière à un rythme élevé, alimentant leur propre développement rapide. De plus, le gaz entourant ces galaxies – le milieu circumgalactique – est également enrichi en métaux, s’étendant sur des dizaines de milliers d’années-lumière. Cela suggère que l’enrichissement en métaux ne se limite pas aux galaxies elles-mêmes mais constitue un phénomène répandu dans l’univers primitif.
Recherches futures et implications
L’équipe de recherche prévoit désormais de comparer ces observations avec des simulations avancées de croissance galactique et d’enrichissement en métaux. L’objectif est d’affiner notre compréhension de la formation des étoiles, de la production de poussière et de l’évolution chimique de l’univers primitif.
« La combinaison d’observations et de simulations offre une puissante synergie pour comprendre les détails de la formation des étoiles… Leur connaissance nous aidera à terme à comprendre la formation des premières étoiles et planètes et comment notre propre Voie Lactée est née. »
Ces résultats soulignent que l’univers primitif aurait pu être un environnement plus dynamique et évoluant plus rapidement qu’on ne le pensait auparavant. Comprendre comment les galaxies ont mûri si rapidement sera crucial pour élucider les origines des structures cosmiques et de notre propre foyer galactique.
