Webb découvre une galaxie méduse vieille de 8,5 milliards d'années

Dans les données du télescope spatial James Webb, une équipe dirigée par l'Université de Waterloo a identifié une galaxie « méduse » candidate dont la lumière a été émise il y a environ 8,5 milliards d'années. Répertorié à un décalage vers le rouge (redshift) de z = 1,156 et découvert lors d'observations du champ COSMOS par le JWST, l'objet présente de longs flux de gaz et de jeunes étoiles semblables à des tentacules, caractéristiques des systèmes de galaxies méduses proches. La découverte, publiée sous le titre « JWST Reveals a Candidate Jellyfish Galaxy at z=1.156 » dans The Astrophysical Journal, repousse le phénomène de dépouillement environnemental bien plus tôt dans l'histoire cosmique que ce que les astronomes avaient précédemment confirmé.

Découverte du télescope spatial James Webb dans le champ COSMOS

Le champ COSMOS — une portion du ciel profonde et dégagée, choisie précisément parce qu'elle offre une vue claire sur les galaxies lointaines et de faible luminosité — a été un pilier pour les relevés astronomiques. Les chercheurs ont réexaminé l'imagerie et la spectroscopie du JWST de cette région bien étudiée et ont identifié la candidate méduse en cherchant des signes de galaxies activement transformées par leur environnement. Parce que le champ COSMOS présente une contamination minimale par l'avant-plan et une couverture multi-longueur d'onde très profonde, la sensibilité infrarouge du JWST permet de voir des structures étirées et rougies par la distance cosmologique, tout en restant résolues spatialement.

Le Dr Ian Roberts, boursier postdoctoral Banting au Centre d'astrophysique de Waterloo, a décrit la découverte comme inattendue : en parcourant l'ensemble de données, l'équipe a remarqué une galaxie lointaine non documentée présentant une morphologie sans équivoque — un noyau compact avec de longs filaments traînants. La combinaison de la résolution du JWST dans le proche infrarouge et des données multicouches de COSMOS a permis à l'équipe de mesurer le redshift de la galaxie et d'assembler une image physique d'un système subissant un dépouillement actif dans un environnement dense au début de l'histoire de l'univers.

Qu'est-ce qui définit une galaxie méduse ?

Les galaxies méduses constituent une classe morphologique nommée d'après leurs longues traînées de gaz et d'étoiles nouvellement formées, semblables à des tentacules, qui s'étirent derrière une galaxie en mouvement. Ces traînées ne sont pas décoratives : elles se forment lorsqu'une galaxie plonge à travers le gaz chaud et dense qui remplit les amas de galaxies. La pression de ce milieu intramasas agissant sur le gaz interstellaire d'une galaxie — un processus connu sous le nom de dépouillement par pression dynamique (ram-pressure stripping) — balaie la matière hors de la galaxie comme le vent projetant des embruns depuis une voiture, laissant derrière elle des flux allongés où le gaz se refroidit et s'effondre pour former de nouvelles étoiles.

Des exemples proches, observés avec des instruments tels que Hubble et des télescopes terrestres, révèlent des nœuds spectaculaires de formation d'étoiles dans les traînées et une interruption brutale de la formation d'étoiles dans le disque de la galaxie. Ce qui rend la candidate à z = 1,156 remarquable, c'est qu'elle démontre que ces mêmes mécanismes physiques étaient à l'œuvre lorsque l'univers était nettement plus jeune, ce qui implique que les environnements d'amas pouvaient être hostiles aux galaxies plus tôt que ne le prévoyaient les modèles standard.

Preuves du télescope spatial James Webb d'un dépouillement précoce au sein des amas

Avant cette découverte, les astronomes pensaient que les amas assez massifs pour produire un fort dépouillement par pression dynamique étaient plus rares aux époques correspondant à des redshifts autour de un. La nouvelle candidate montre des signes morphologiques clairs cohérents avec un dépouillement à z = 1,156, ce qui correspond à un temps de regard en arrière d'environ 8,5 milliards d'années. Ce timing se situe bien avant l'ère actuelle des amas massifs bien établis et suggère que des protoamas ou des environnements denses capables de dépouillement remodelaient déjà activement les galaxies.

Les implications sont doubles. Premièrement, les processus environnementaux qui éteignent la formation d'étoiles et convertissent les spirales riches en gaz en galaxies d'amas passives auraient pu être efficaces plus tôt et plus largement que ce que prédisent de nombreuses simulations. Deuxièmement, la présence d'une telle galaxie fournit un mécanisme pour expliquer la large population de galaxies « mortes » trouvées dans les amas aujourd'hui : le dépouillement du gaz accélère la fin de la formation d'étoiles, laissant derrière lui des systèmes rouges et quiescents qui dominent les cœurs d'amas.

Comment le JWST a vu les traînées : imagerie et contexte

Les instruments du JWST, optimisés pour les longueurs d'onde du proche et du moyen infrarouge, sont essentiels pour résoudre la structure des galaxies lointaines dont la lumière visible a été décalée vers l'infrarouge. En termes pratiques, cela signifie que le JWST peut imager la lumière stellaire et l'émission retraitée par la poussière qui révèlent à la fois le noyau stellaire compact et les filaments étendus et ténus d'une galaxie méduse à des distances cosmologiques. Les données auxiliaires étendues du champ COSMOS — des cartes de rayons X qui tracent le gaz chaud intramasas à la spectroscopie terrestre qui fournit le contexte environnemental — aident les chercheurs à interpréter si la galaxie se situe dans un véritable environnement dense ou si elle est simplement projetée à proximité de l'un d'eux.

Bien que l'article présente l'objet comme une candidate solide plutôt que comme un cas incontestable, la combinaison des preuves morphologiques et du redshift le place parmi les exemples convaincants les plus précoces d'une galaxie subissant un dépouillement. Des observations de suivi avec le JWST et des données profondes en rayons X ou en radio pourraient aider à confirmer la présence d'un milieu chaud environnant et à établir plus fermement la dynamique du système.

Pourquoi cette découverte est importante pour l'évolution des galaxies

Les galaxies évoluent à travers un mélange de processus internes et externes. Les processus internes — consommation de gaz par la formation d'étoiles, rétroaction des supernovas et des noyaux actifs — opèrent quel que soit l'environnement. Les processus externes comme les interactions de marée et le dépouillement par pression dynamique dépendent de l'entourage. Trouver des galaxies dépouillées à z ≈ 1,156 déplace l'équilibre : cela montre que la transformation pilotée par l'environnement était déjà importante lorsque l'univers avait environ la moitié de son âge actuel.

Ce changement a des conséquences concrètes pour les modèles d'assemblage et d'extinction des galaxies. Les simulations visant à reproduire la démographie observée des galaxies doivent désormais tenir compte d'effets environnementaux plus forts ou plus précoces dans au moins certaines régions. Pour l'astronomie observationnelle, cette découverte démontre que le JWST peut résoudre l'interaction entre les galaxies et leurs environnements à des temps de regard en arrière qui n'étaient auparavant accessibles que sous forme de signaux flous ou intégrés.

Prochaines étapes : confirmer la candidate et cartographier son voisinage

Le télescope spatial James Webb continue de livrer des surprises à mesure que les équipes retraitent de vastes champs de relevés comme COSMOS avec une sensibilité et une résolution renouvelées. Chaque nouvel objet identifié à un redshift élevé n'est pas seulement un point de donnée, mais une sonde des processus physiques façonnant les galaxies à travers le temps cosmique, et la candidate méduse à z = 1,156 est un exemple frappant de la manière dont la vision infrarouge profonde remodèle notre récit de l'univers jeune.

Sources

• The Astrophysical Journal (article de recherche : « JWST Reveals a Candidate Jellyfish Galaxy at z=1.156 »)
• Université de Waterloo (Waterloo Centre for Astrophysics)
• Télescope spatial James Webb (observations NASA/ESA/CSA)
• COSMOS (Cosmic Evolution Survey)