Les articles et les découvertes se multiplient concernant des galaxies anciennes que peut maintenant bien observer le James-Webb en succédant à Hubble et qui ne semblent pas vraiment compatibles avec les prédictions du modèle cosmologique standard, bien que le débat soit encore loin d’être clos. La dernière découverte en date porte sur une galaxie déjà quatre fois plus massive que la Voie lactée seulement un peu plus de 2 milliards d’années après le Big Bang.
On sait que le modèle cosmologique standard repose sur l’existence de particules encore jamais vues et qui ne doivent pas pouvoir émettre de la lumière, ou alors très peu, mais capables d’agir sur les particules connues, comme les baryons que sont les protons et les neutrons, par interaction gravitationnelle. Les détecteurs du LHC au Cern tentent de les voir dans les produits des collisions entre les faisceaux de protons de ce grand accélérateur de particules, mais les particules de matière noire que postule donc la cosmologie sont peut-être tellement massives que pour les créer il faudra, en accord avec la fameuse relation d’Einstein E=mc2, monter à des énergies qui nécessiteront un collisionneur de presque 100 kilomètres de circonférence.
En attendant, on cherche toujours des indications nouvelles de l’existence et des propriétés des particules de matière noire dans le royaume des galaxies d’Edwin Hubble. Ces particules restent encore pour le moment quasiment le seul moyen de faire naître les galaxies que nous observons et les grandes structures qui les rassemblent en amas de galaxies regroupés en filament. On ne sait pas vraiment reproduire les caractéristiques du rayonnement fossile du Big Bang découvert par Penzias et Wilson sans ces particules de matière noire.
Mais on sait aussi qu’il y a des anomalies ou des caractéristiques des galaxies que l’on comprend mieux si l’on se passe des particules de matière noire et que l’on utilise une modification des lois de la mécanique céleste de Newton, la théorie avancée déjà au début des années 1980 par le physicien israélien Mordehai Milgrom dans le cadre de sa Modified Newtonian Dynamics, bien connue aujourd’hui par l’acronyme Mond. Elle est cependant en difficulté en ce moment en raison des observations du satellite Gaia.
Une galaxie 4 fois plus massive que la Voie lactée il y a 11,5 milliards d’années
Mais qui sait vraiment de quoi il en retourne ?
C’est peut-être le télescope spatial James-Webb (JWST) qui va nous aider à y voir plus clair en étudiant comme jamais dans l’infrarouge les galaxies les plus anciennes que l’on puisse observer aujourd’hui et à cet égard, c’est le cas de celle qui est appelée JWST-7329. On la voit comme elle était il y a 11,5 milliards d’années environ (ce qui veut dire qu’actuellement elle est à une distance de la Voie lactée que l’on peut calculer en ligne grâce au cosmologiste New Wright en donnant son décalage spectral qui est ici de z = 3,2 comme disent les astrophysiciens dans leur jargon. On trouve alors la distance aujourd’hui d’environ 21 milliards d’années-lumière).
JWST-7329 fait l’objet d’un article publié dans le célèbre journal Nature et que l’on peut consulter librement sur arXiv. Il expose le travail d’une équipe internationale qui a utilisé le JWST sous la direction de Karl Glazebrook de l’université de technologie de Swinburne à Melbourne, en Australie.
Dans le communiqué de l’université au sujet de JWST-7329, Karl Glazebrook explique : « Nous poursuivons cette galaxie depuis sept ans et avons passé des heures à l’observer avec les deux plus grands télescopes de la planète pour déterminer son âge. Mais elle était trop rouge et trop pâle, et nous ne pouvions pas le mesurer. En fin de compte, nous avons dû quitter la Terre et utiliser le JWST pour confirmer sa nature. C’était en grande partie un effort d’équipe, depuis les études du ciel infrarouge que nous avons commencées en 2010 et qui nous ont conduits à identifier cette galaxie comme inhabituelle, jusqu’à nos nombreuses heures passées sur le Keck et le Very Large Telescope où nous avons essayé, mais sans succès, de le confirmer, jusqu’à ce qu’enfin la dernière année où nous avons déployé d’énormes efforts pour trouver comment traiter les données du JWST et analyser les spectres. »
Des galaxies trop massives pour la cosmologie de la matière noire ?
Le résultat qui est tombé, c’est que JWST-7329 est une galaxie déjà plus grande que la Voie lactée il y a plus de 11 milliards d’années et qui contient beaucoup d’étoiles vieilles à ce moment-là de déjà 1,5 milliard d’années.
Or il semble qu’une telle galaxie n’aurait pas eu le temps de se former, la matière noire n’était pas encore suffisamment concentrée par son effondrement gravitationnel pour avoir fait effondrer assez rapidement de la matière baryonique pour former aussi vite JWST-7329 et c’est un autre exemple de galaxies trop évoluées et trop massives il y a plus de 11 milliards d’années débusqué avec le James-Webb.
C’est ce qu’explique Claudia Lagos de l’université d’Australie-Occidentale du Centre international de recherche en radioastronomie (Icrar) qui a joué un rôle crucial dans le développement de la modélisation théorique de l’évolution des concentrations de matière noire pour l’étude.
« La formation des galaxies est en grande partie dictée par la manière dont la matière noire se concentre. La présence de ces galaxies extrêmement massives si tôt dans l’Univers pose des défis importants à notre modèle standard de cosmologie. En effet, nous ne pensons pas que des structures de matière noire assez massives pour qu’elles hébergent ces galaxies aient eu le temps de se former. Davantage d’observations sont nécessaires pour comprendre à quel point ces galaxies peuvent être communes et pour nous aider à comprendre à quel point ces galaxies sont réellement massives. »
Dans le même communiqué, Karl Glazebrook ajoute que « le JWST a découvert de plus en plus de preuves de la formation précoce de galaxies massives. Ce résultat établit un nouveau record pour ce phénomène. Bien qu’il soit très frappant, ce n’est qu’un seul cas. Mais nous espérons en trouver davantage ; et si nous le faisons, cela bouleversera vraiment nos idées sur la formation des galaxies ».