Découverte d’oxygène dans la galaxie la plus lointaine connue

Des astronomes ont détecté de l’oxygène dans JADES-GS-z14-0, la galaxie la plus éloignée jamais observée, située à 13,4 milliards d’années-lumière. Cette découverte, rendue possible grâce au réseau de télescopes ALMA, suggère que des galaxies chimiquement évoluées existaient déjà lorsque l’Univers n’avait que 300 millions d’années. Ces résultats remettent en question nos modèles actuels sur la formation rapide des premières galaxies. Voici le communiqué de presse publié par l’ESO annonçant la découverte d’oxygène dans cette galaxie :

Découverte l’année dernière, JADES-GS-z14-0 est la galaxie confirmée la plus distante jamais observée. Elle est si éloignée que sa lumière a mis 13,4 milliards d’années pour nous parvenir, ce qui signifie que nous la voyons telle qu’elle était lorsque l’Univers avait moins de 300 millions d’années, soit environ 2 % de son âge actuel. Cette nouvelle détection d’oxygène réalisée grâce à ALMA, un réseau de télescopes situé dans le désert d’Atacama, au Chili, suggère que cette galaxie est bien plus chimiquement évoluée que prévu.

Sander Schouws (doctorant à l’Observatoire de Leiden (Pays-Bas) et premier auteur de l’étude dirigée par des chercheurs néerlandais, désormais acceptée pour publication dans The Astrophysical Journal) déclare: C’est comme trouver un adolescent là où l’on ne s’attendrait qu’à voir des bébés. Les résultats montrent que cette galaxie s’est formée très rapidement et évolue tout aussi vite, renforçant un nombre croissant d’indices suggérant que la formation des galaxies se déroule bien plus rapidement que ce que l’on pensait.

Au début de leur vie, les galaxies sont généralement remplies de jeunes étoiles, composées principalement d’éléments légers tels que l’hydrogène et l’hélium. Au fil de leur évolution, ces étoiles produisent des éléments plus lourds, comme l’oxygène, qui se dispersent dans leur galaxie hôte après leur mort. Les chercheurs pensaient qu’à 300 millions d’années, l’Univers était encore trop jeune pour abriter des galaxies riches en éléments lourds. Cependant, les deux études menées avec ALMA indiquent que JADES-GS-z14-0 contient environ 10 fois plus d’éléments lourds que prévu.

Stefano Carniani, de la Scuola Normale Superiore de Pise, en Italie, et auteur principal de l’article qui vient d’être accepté pour publication dans Astronomy & Astrophysics déclare : J’ai été stupéfait par ces résultats inattendus, car ils ouvrent une nouvelle perspective sur les premières phases de l’évolution des galaxies. La preuve qu’une galaxie est déjà mature dans l’Univers naissant soulève des questions sur le moment et la manière dont les galaxies se sont formées.

Spectre de l'oxygène dans la galaxie la plus lointaine connue — L’encart de cette image montre JADES-GS-z14-0 — la galaxie la plus lointaine connue à ce jour — telle qu’elle a été observée avec le réseau ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Les deux spectres présentés ici résultent d’analyses indépendantes des données d’ALMA par deux équipes d’astronomes. Toutes deux ont détecté une raie d’émission de l’oxygène, ce qui en fait la détection d’oxygène la plus éloignée jamais réalisée, à une époque où l’Univers n’avait que 300 millions d’années. Crédit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Carniani et al./S. Schouws et al/JWST: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)

La détection de l’oxygène a également permis aux astronomes de rendre leurs mesures de la distance de JADES-GS-z14-0 beaucoup plus précises. « La détection par ALMA offre une mesure extraordinairement précise de la distance de la galaxie, avec une incertitude de seulement 0,005 %. Ce niveau de précision – qui équivaut à une précision de 5 cm sur une distance de 1 km – permet d’affiner notre compréhension des propriétés des galaxies lointaines », ajoute Eleonora Parlanti, doctorante à la Scuola Normale Superiore de Pise et auteur de l’étude Astronomy & Astrophysics.

Détection la plus avancée d'oxygène dans l'Univers primitif — Cette image montre l’emplacement exact dans le ciel nocturne de la galaxie JADES-GS-z14-0, un minuscule point situé dans la constellation du Fourneau. À ce jour, il s’agit de la galaxie confirmée la plus lointaine jamais observée. Sa lumière a mis 13,4 milliards d’années pour nous parvenir, révélant les conditions de l’Univers alors âgé de seulement 300 millions d’années. L’encart de l’image présente un gros plan de cette galaxie primitive, tel qu’observé avec ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Cet encart est superposé à une image prise par le télescope spatial James Webb (NASA/ESA/CSA). Lorsque deux équipes de recherche ont étudié cette galaxie avec ALMA, exploité par l’ESO et ses partenaires internationaux, elles ont fait une découverte inattendue : le spectre de la galaxie indiquait la présence d’oxygène. Il s’agit de la détection d’oxygène la plus lointaine jamais réalisée, remettant en question nos connaissances sur la formation des galaxies dans l’Univers primordial. La présence d’éléments lourds comme l’oxygène suggère que ces premières galaxies ont évolué bien plus rapidement que prévu. C’est comme trouver un adolescent là où l’on attendrait seulement des nourrissons. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Carniani et al./S. Schouws et al. JWST : NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)

Rychard Bouwens, membre de l’équipe de l’Observatoire de Leyde explique : Alors que la galaxie a été initialement découverte avec le James Webb Space Telescop, ALMA a été nécessaire pour confirmer et déterminer avec précision son énorme distance. Cela montre l’étonnante synergie entre ALMA et JWST pour révéler la formation et l’évolution des premières galaxies ».

Gergö Popping, astronome de l’ESO au Centre Régional Européen d’ALMA, qui n’a pas participé aux études, déclare : « J’ai été très surpris par cette détection claire de l’oxygène dans JADES-GS-z14-0. Elle suggère que les galaxies peuvent se former plus rapidement après le Big Bang qu’on ne le pensait jusqu’à présent. Ce résultat illustre le rôle important que joue ALMA dans la compréhension des conditions dans lesquelles les premières galaxies de notre univers se sont formées. »

Source

L’intégralité du communiqué de presse publié par l’ESO le 16/04/2025 est ici