JWST découvre du carbone étonnamment jeune

Mar 05, 2024

Cette poudre pour bébé venue de l’espace est étonnamment riche en carbone.

Par Jon Kelvey | Publié le 19 juillet 2023 à 11h30 HAE

L'univers est un endroit poussiéreux. Les particules cosmiques peuvent varier de la taille d’une seule grosse molécule à un peu plus grosse qu’un grain de sable terrestre, et elles peuvent s’accumuler dans des nuages ​​​​gonflés de plusieurs années-lumière de large. La compréhension scientifique générale était que la poussière s’accumule progressivement, produite par les étoiles et les supernovae sur des centaines de millions d’années. La poussière est généralement présente dans les galaxies matures, du moins c'est ce que pensaient les astronomes.

Mais dans un nouvel article publié mercredi dans la revue Nature, les astronomes ont découvert un type spécifique de poussière cosmique, riche en carbone, dans de jeunes galaxies lointaines seulement 800 millions d'années après le Big Bang. Cette accumulation s’est produite bien plus tôt que ne le suggèrent les théories actuelles sur la formation de poussière. C'est une découverte qui pourrait changer la façon dont les astronomes comprennent la création des étoiles et l'évolution des galaxies dans l'univers primitif, et finalement, la façon dont ce jeune univers s'est développé pour devenir le cosmos que nous connaissons aujourd'hui.

Pendant longtemps, les astronomes ont traité la matière cosmique de la même manière que nous pourrions considérer un lapin de poussière sous un canapé : comme une nuisance. Les scientifiques ont tenté de regarder au-delà des gros nuages ​​de poussière cosmique, traités davantage comme des obstacles que comme des sujets d’étude à part entière. "La façon dont la plupart des astronomes interagissent avec elle est que [la poussière] absorbe en fait une grande partie de la lumière que nous essayons d'observer", explique Joris Witstok, auteur principal de l'étude et chercheur postdoctoral à l'Institut Kavli de cosmologie de Cambridge. au Royaume-Uni.

Mais cela a changé ces dernières années, grâce à des observatoires tels que le télescope spatial James Webb de la NASA, qui utilise la lumière infrarouge pour voir à travers les nuages. Les scientifiques en sont également venus à apprécier la poussière elle-même, réalisant que ces minuscules particules de carbone, de silicium et d'autres matières sont responsables de processus à grande échelle dans l'univers, tels que la formation de nouvelles étoiles.

"Par exemple, dans la Voie lactée, nous avons des sites où de nouvelles étoiles se forment, et ils sont très poussiéreux", explique Witstok. "Il y a de gros nuages ​​​​de gaz et de poussière et la poussière aide vraiment à permettre au gaz de se refroidir et de se contracter et donc de former de nouvelles étoiles."

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Ce n’est pas que l’univers primitif était sans poussière. Des études antérieures avaient découvert de grandes quantités de poussière dans les galaxies du tout premier univers, selon Witstok. Les astronomes s’intéressent à ces premières poussières car elles représentent le moment où les étoiles ont commencé à produire certains des premiers éléments plus lourds que l’hydrogène.

"Les premières étoiles ont commencé à convertir l'hydrogène en hélium, qui était la seule chose qui existait au début, en éléments plus lourds comme le carbone et l'oxygène", explique Witstok.

Les grandes étoiles primordiales peuvent avoir expulsé de grandes quantités de poussière, constituées de ces éléments plus lourds, vers la fin de leur cycle de vie ou lors des explosions de supernovae au moment de leur mort.

Mais les études précédentes n’avaient pas permis de détecter aussi tôt la poussière carbonée, c’est-à-dire qu’elle est riche en carbone.

"Ce qui constitue vraiment une nouvelle découverte ici, c'est que nous sommes capables d'identifier le type de grains de poussière que nous observons", explique Witstok. « Ce que nous pouvons réellement dire, c'est qu'il y a quelque chose qui produit, en particulier, ces grains de poussière de carbone sur une échelle de temps très courte. Et c'est là que réside la surprise.

Les observations spectrographiques de poussières plus proches de la Terre, au sein de la Voie lactée, ont rendu cette découverte possible. La spectroscopie divise la lumière en un spectre et recherche des signes révélateurs de la lumière absorbée à certaines longueurs d'onde associées à différents éléments et composés, un peu comme lire un arc-en-ciel unique.

La poussière carbonée produit une « bosse » spectroscopique à une longueur d’onde de 217,5 nanomètres, une longueur d’onde qui la place dans la partie ultraviolette du spectre. C'est du moins la longueur d'onde de la lumière lorsqu'elle a quitté sa galaxie d'origine il y a des milliards d'années.