Une galaxie peut cacher une grande partie de sa masse dans des étoiles presque invisibles. C’est ce que démontre une étude menée avec James Webb et le Very Large Telescope.
Quand une galaxie se trouve à des milliards d’années-lumière, impossible de compter ses étoiles une par une. Les astronomes doivent estimer sa masse à partir de la lumière globale qui nous parvient. Or cette lumière vient surtout des étoiles les plus brillantes.
Un extrait du relevé JADES obtenu par la caméra NIRCam de James Webb montre de nombreuses galaxies lointaines.
Crédit : collaboration JADES
Les petites étoiles posent alors un problème. Elles brillent peu, mais peuvent être extrêmement nombreuses. Additionnées, elles représentent une quantité de matière importante, sans forcément rendre la galaxie beaucoup plus lumineuse.
Pour passer de la lumière à la masse, les astronomes supposent donc une certaine répartition entre petites et grandes étoiles. Cette proportion est généralement calquée sur celle observée dans la Voie lactée. Mais rien ne garantit qu’elle soit identique partout, surtout dans l’Univers jeune.
Une équipe internationale a cherché à le vérifier dans neuf galaxies massives observées telles qu’elles étaient il y a plusieurs milliards d’années. Toutes avaient déjà cessé de former beaucoup de nouvelles étoiles. Ce calme relatif facilite l’étude des populations stellaires plus anciennes.
Les chercheurs ont combiné des spectres très détaillés obtenus avec James Webb et le Very Large Telescope, au Chili. Un spectre décompose la lumière d’une galaxie selon ses différentes longueurs d’onde. Certaines petites variations révèlent indirectement quels types d’étoiles contribuent à cette lumière.
Le résultat est assez net pour certaines galaxies de l’échantillon : elles semblent contenir davantage de petites étoiles que prévu. Leur masse peut donc être sous-estimée lorsque les calculs utilisent une répartition semblable à celle de la Voie lactée.
La galaxie la plus ancienne étudiée attire particulièrement l’attention. Ses étoiles se seraient formées moins de 1,5 milliard d’années après le Big Bang. Elle pourrait être une descendante de galaxies encore plus précoces découvertes par James Webb.
Ces galaxies très jeunes ont déjà surpris les astronomes. Certaines paraissent avoir assemblé énormément de matière en très peu de temps, plus rapidement que ne le prévoient plusieurs modèles de formation galactique.
Si ces galaxies précoces possédaient elles aussi beaucoup plus de petites étoiles, leur masse réelle serait encore supérieure aux estimations actuelles. Les chercheurs évaluent cette hausse à environ un facteur quatre.
Les chercheurs veulent maintenant appliquer cette méthode à des galaxies formées encore plus tôt. L’objectif sera de déterminer si cette abondance de petites étoiles était courante dans le jeune Univers, ou propre à certains systèmes.