La galaxie lointaine GN-z11 pourrait devoir une grande partie de son étonnante lumière à des étoiles massives plutôt qu'à son trou noir central.
GN-z11 est observée telle qu'elle existait lorsque l'Univers était encore très jeune. Sa lumière a voyagé pendant plus de 13 milliards d'années avant de nous parvenir. Malgré cette distance, la galaxie apparaît remarquablement lumineuse et compacte, ce qui pousse les astronomes à rechercher la source de cette énergie.
Champ profond observé par James-Webb contenant GN-z11.
Source : NASA / ESA / CSA / STScI
Le télescope spatial James-Webb permet de décomposer sa lumière selon ses différentes longueurs d'onde. Ce spectre agit comme une empreinte : certaines formes trahissent la présence d'étoiles chaudes, de gaz ou de matière chauffée autour d'un trou noir. Les chercheurs ont comparé plusieurs modèles capables de reproduire ces signatures.
Deux explications principales étaient confrontées. La première attribue une grande part de la lumière ultraviolette à un noyau galactique actif, alimenté par de la matière tombant vers un trou noir. La seconde fait intervenir une population de jeunes étoiles très massives et très chaudes.
Les nouveaux ajustements favorisent nettement le scénario dominé par les étoiles. Une signature particulière de l'azote, appelée profil de P Cygni, pèse fortement dans ce résultat. Ce type de forme spectrale apparaît lorsque des vents rapides provenant d'étoiles massives absorbent et émettent de la lumière.
L'azote pose justement une autre énigme. GN-z11 présente des émissions qui avaient été interprétées comme une abondance inhabituellement élevée de cet élément dans toute la galaxie. Les nouvelles mesures permettent une autre lecture : l'azote pourrait être plutôt localisé dans des régions de gaz très denses autour de certaines étoiles.
Les chercheurs proposent notamment l'intervention d'étoiles massives de type Wolf-Rayet riches en azote. Leurs vents peuvent enrichir localement le gaz environnant. Des étoiles voisines très chaudes fourniraient ensuite assez de rayonnement pour faire briller ce gaz et produire les raies observées par James-Webb.
Cette explication ne signifie pas que GN-z11 soit dépourvue de trou noir particulièrement actif. Des travaux précédents ont trouvé des indices en faveur d'un trou noir en croissance. La nouvelle étude cherche plutôt à déterminer quelle source domine certaines propriétés ultraviolettes de la galaxie, et les modèles stellaires reproduisent mieux les données analysées.
Les auteurs ont soumis leurs résultats à l'Astrophysical Journal. D'autres observations spectroscopiques devront maintenant séparer plus précisément les différentes régions de GN-z11. Elles permettront de tester si son azote inhabituel provient bien de poches de gaz enrichies localement par des étoiles massives.