JWST détecte les molécules organiques complexes 12 milliards de lumière

Grâce à une combinaison de la flexion gravitationnelle de la lumière et de la puissance extraordinaire du JWST, les scientifiques ont détecté des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans une galaxie à 12 milliards d'années-lumière de la Terre. Nous voyons la galaxie SPT0418-47 telle qu'elle était lorsque l'univers avait un dixième de son âge actuel, et les observations montrent qu'elle était déjà riche en éléments lourds et en molécules assez complexes.

Lorsque nous trouvons des HAP sur Terre, c'est généralement un mauvais signe. Cet ensemble de composés est produit par les incendies de forêt et dans les gaz d'échappement des moteurs, bien que certains d'entre eux aient des utilisations comme insecticides et précurseurs d'autres molécules. Les trouver dans l'espace est une affaire très différente, car ils indiquent des processus chimiques importants et certains des ingrédients nécessaires à la création de la vie.

Trouver des HAP dans notre propre galaxie est devenu une routine, mais l'univers primitif est une autre affaire. Maintenant, un nouveau papier a changé cela. De plus, le travail est allé bien au-delà de la simple détection. En cartographiant la distribution des HAP dans SPT0418-47, l'article révèle que les émissions infrarouges d'une galaxie poussiéreuse comme celle-ci étaient dominées par la formation d'étoiles.

La moitié du rayonnement émis par les étoiles est absorbée par les grains de poussière, qui sont chauffés au cours du processus et réémettent l'énergie dans l'infrarouge, où le JWST peut les détecter. Les HAP suivent la distribution des grains de poussière de taille millimétrique dans l'espace et peuvent servir de proxy pour révéler leur présence. Ils régulent également le refroidissement du gaz entre les systèmes stellaires.

L'atmosphère interfère avec les observations terrestres dans l'infrarouge, et avant les télescopes spatiaux JWST manquaient la puissance d'étude de la distribution des HAP dans les galaxies très lointaines. Parallèlement au JWST, les auteurs de l'article, dont Kedar Phadke, étudiant diplômé de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, et le professeur Joaquin Vieira, ont utilisé un exemple extrême de lentille gravitationnelle, où une grande masse focalise la lumière d'un objet plus éloigné pour l'agrandir.

SPT0418-47 est lentille gravitationnellement par une galaxie plus proche pour paraître 30 à 35 fois plus grande et brillante qu'elle ne le serait sans la lentille. Seule la combinaison d'un événement de lentille aussi extrême et de la puissance du JWST nous permet de voir une galaxie aussi éloignée aussi clairement autour de la longueur d'onde de 3,3 micromètres, à laquelle rayonnent les HAP.

"Ce que cette recherche nous dit en ce moment - et nous apprenons encore - c'est que nous pouvons voir toutes les régions où se trouvent ces petits grains de poussière - des régions que nous n'aurions jamais pu voir avant le JWST", a déclaré Phadke dans un communiqué.

La distribution des HAP et des petits grains révèle un schéma différent des plus gros grains de poussière responsables des émissions dans l'infrarouge lointain, avec des rapports entre eux variant d'un facteur cinq.

Elle révèle également que la majeure partie du rayonnement infrarouge de SPT0418-47 ne provient pas du disque d'accrétion autour du trou noir, comme c'est le cas pour les quasars, mais est émis par les étoiles.

"Nous ne nous attendions pas à cela", a déclaré Vieira. "La détection de ces molécules organiques complexes à une si grande distance change la donne en ce qui concerne les observations futures. Ce travail n'est que la première étape, et nous apprenons à peine à l'utiliser et à découvrir ses capacités. Nous sommes très heureux de voir comment ça se joue."

Une chose que nous ne savons pas encore, c'est si SPT0418-47 est typique des galaxies de cette époque dans les voies mesurées, ou une valeur aberrante. Pour répondre à cette question, nous devrons soit trouver beaucoup plus de galaxies avec une galaxie plus proche commodément placée qui peut les lentiller gravitationnellement pour nous, soit construire un télescope encore plus puissant que le JWST.

L'étude est publiée dans Nature.