Certaines des premières recherches scientifiques du télescope spatial James Webb porteront sur le rôle joué par des objets brillants appelés quasars dans l’évolution précoce des galaxies.

Les quasars sont des objets distants alimentés par des trous noirs généralement un milliard de fois plus massifs que notre soleil. Ils émettent des énergies pouvant atteindre des billions d’électrons-volts, dépassant la production totale de toutes les étoiles d’une galaxie typique.

Les scientifiques, ont déclaré les responsables de Webb dans un communiqué de 2021, « examineront le rôle que les quasars jouent dans l’évolution des galaxies au cours de ces premiers temps. L’équipe utilisera également les quasars pour étudier le gaz dans l’espace entre les galaxies dans l’univers naissant.

La perche de Webb dans l’espace lointain, associée à son extrême sensibilité aux faibles niveaux de lumière et à la haute résolution, fera l’ensemble d’observations le plus détaillé possible de ces objets insaisissables, qui ne sont connus de la science que depuis environ un demi-siècle.

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Une fois que Webb aura terminé sa période de mise en service cet été, le télescope sera chargé de plusieurs programmes de quasars. Par exemple, Webb examinera six des quasars les plus éloignés et les plus lumineux pour situer ces objets dans la chronologie de l’évolution galactique. Les quasars seront également utilisés pour étudier la distribution de gaz entre les galaxies.

Les scientifiques souhaitent en savoir plus sur une période connue sous le nom d’époque de réionisation. Cette époque s’est produite il y a 13 milliards d’années, soit moins d’un milliard d’années après la formation de l’univers. Les galaxies de l’époque étaient largement opaques à la lumière énergétique et ces objets sont donc difficiles à observer.

« L’équipe utilisera les quasars comme sources de lumière de fond pour étudier le gaz entre nous et le quasar », ont déclaré les responsables de Webb à propos de la technique du télescope consistant à sonder les zones opaques. « Ce gaz absorbe la lumière du quasar à des longueurs d’onde spécifiques. Grâce à une technique appelée spectroscopie d’imagerie, ils rechercheront des lignes d’absorption dans le gaz intermédiaire.

Des galaxies lointaines et anciennes pourraient aider les scientifiques à comprendre comment l’univers est redevenu plasma. (Crédit image : Goddard Space Flight Center de la NASA)

La capacité de Webb à observer dans la lumière infrarouge sera également une aubaine pour les observations de cette période, ont déclaré les membres de l’équipe. Cela sera particulièrement utile car la lumière des quasars les plus éloignés a été sévèrement étirée par l’expansion de l’espace. Ce phénomène, connu sous le nom de décalage vers le rouge cosmologique, déplace les ondes lumineuses vers la zone rouge ou infrarouge du spectre, où Webb est optimisé pour faire des observations.

On espère que Webb verra suffisamment de lumière des quasars pour rechercher des éléments plus lourds que l’hydrogène ou l’hélium, éléments appelés «métaux» par les astronomes. « Ces éléments ont été formés dans les premières étoiles et les premières galaxies et expulsés par les écoulements », ont déclaré les responsables de Webb.

Cette visualisation artistique montre le quasar assez éloigné J0313-1806. (Crédit image : NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva)

Les sorties sont un autre point à l’ordre du jour de Webb, pour mieux comprendre comment le gaz accrété par un trou noir supermassif intégré dans une galaxie pousse et réchauffe le gaz environnant. Les sorties peuvent devenir si fortes qu’elles créent le chaos dans la galaxie hôte et affectent grandement l’évolution de la galaxie.

« Nous voulons observer ces quasars au moment où ils ont le plus grand impact sur leurs galaxies hôtes », a déclaré Chris Willott, scientifique du projet Webb de l’Agence spatiale canadienne, dans le même communiqué. Willott est également chercheur scientifique au Centre de recherche en astronomie et astrophysique Herzberg du Conseil national de recherches du Canada en Colombie-Britannique.

Les trous noirs supermassifs dans les galaxies actives peuvent produire des jets de particules étroits (orange) et des flux de gaz plus larges (bleu-gris) connus sous le nom d’écoulements ultra-rapides, qui sont suffisamment puissants pour réguler à la fois la formation d’étoiles dans la galaxie plus large et la croissance du trou noir. Encart : Un gros plan du trou noir et de son disque d’accrétion. (Image credit: ESA/AOES Medialab)

Jusqu’à présent, les scientifiques savent que le gaz retiré d’une galaxie ralentira le taux de formation des étoiles, car les étoiles dépendent du gaz pour se former et se développer. Dans certains cas, les écoulements priveront la galaxie de tant de gaz que la formation d’étoiles cessera complètement.

« Les scientifiques pensent également que les écoulements sont le principal mécanisme par lequel le gaz, la poussière et les éléments sont redistribués sur de grandes distances dans la galaxie, ou peuvent même être expulsés dans l’espace entre les galaxies – le milieu intergalactique. Ce [process] peut provoquer des changements fondamentaux dans les propriétés de la galaxie hôte et du milieu intergalactique », ont déclaré des responsables de Webb.

Une liste complète des enquêtes sur les quasars et des enquêteurs principaux est disponible sur la page Webb des observations garanties pour le cycle 1, sous « Quasars à décalage vers le rouge élevé et assemblage de galaxies ».

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