JWST - Exploration de l'Univers primitif

[tezcatlipoca]

Bonjour à tous,

Très bien, ça s'anime un peu !

"Le CEERS devra attendre décembre pour publier nos observations spectroscopique. Mais avant, nous avons été tellement stupéfaits par les spectres dans "JWST First Deep Field" (SMACS 0723) que nous n'avons eu qu'à écrire un article à leur sujet " Les galaxies de l'Univers primordial sont extrêmes".

Tout d'abord, les données de NIRSpec sont incroyables ! Regardez les raies d'émission détectées dans cette galaxie, avec un décalage vers le rouge de z = 7,7 soit environ 700 millions d'années après le Big Bang !

Les raies du néon à haute ionisation ([NeIII]3870) et de l'oxygène auroral ([OIII]4364) sont particulièrement marquantes car elles sont généralement beaucoup plus faibles dans les galaxies à faible décalage vers le rouge. Ces raies à haute ionisation sont également fortes dans les 5 galaxies z > 5 avec des spectres dans ce champ.

Nous comparons les rapports des lignes d'émission à ionisation élevée et faible qui sont étroitement séparées en longueur d'onde (utile pour éviter la poussière et les problèmes d'étalonnage du flux absolu) et les comparons aux échantillons à z inférieur et aux modèles de photo-ionisation MAPPINGS.

Ces galaxies ont des conditions gazeuses *extrêmes*, avec une ionisation (log Q ~ 8-9, unités de cm/s) et une pression (log P/k ~ 8-9, unités de 1/cm ^3) très élevées. Les étoiles de l'univers jeune se forment à partir d'un gaz très différent de celui des galaxies proches !

Les galaxies à décalage vers le rouge élevé ont également une large gamme d'enrichissement chimique : certaines de ces galaxies naissantes sont aussi enrichies que celles de l'Univers à (~2) tandis qu'une autre à z = 5,4 est remarquablement pauvre en métaux.

En général, nous sommes époustouflés par la qualité des données du JWST , et nous sommes extrêmement satisfaits du travail incroyable de l'équipe ERO et des personnes qui ont construit, lancé et commandé cet incroyable observatoire. Go JWST..."

L'article :

https://arxiv.org/pdf/2207.13067.pdf
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[tezcatlipoca]

Salutations,

https://www.nature.com/articles/d415...box=1658942898

Traduction automatique revue et corrigée :

Quatre révélations du télescope Webb sur les galaxies lointaines.

La NASA a construit son télescope spatial James Webb pour scruter l’Univers lointain et explorer la nuit des temps et elle le fait déjà de manière spectaculaire. Au cours des deux semaines qui se sont écoulées depuis que les premières images et données scientifiques sont disponibles pour les astronomes, un flot de découvertes préliminaires ont été signalé, incluant ce qui pourrait être la galaxie la plus lointaine jamais observée.
Les images du Webb révèlent une multitude de galaxies scintillantes dans le cosmos lointain, apparaissant comme elles étaient quelques centaines de millions d’années seulement après le Big Bang, il y a 13,8 milliards d’années. Ces images étonnamment nettes du télescope ont déjà bouleversées les idées préconçues des astronomes sur l’Univers primitif.

« Nous avions quelques idées sur ce à quoi ressembleraient les galaxies à ces distances et de la quantité de détails que nous pourrions voir, mais je pense que la réalité nous dépasse complètement », explique Jeyhan Kartaltepe, astronome au Rochester Institute of Technology à New York.

Voici quelques leçons tirées par les astronomes des premières observations du JWST.

Il y a énormément de galaxies là-bas!

Parce que JWST détecte la lumière infrarouge et parce que l’expansion du cosmos décale la lumière vers des longueurs d’onde dans le rouge, le télescope est bien adapté pour détecter les galaxies qui se sont formées au début de l’histoire de l’Univers. Dans ses premiers programmes d’observation, qui ont débuté en juin, le Webb a découvert de nombreuses galaxies lointaines qui se trouvent hors de portée d’autres observatoires, tels que le télescope spatial Hubble.

« Cela suggère ce que beaucoup d’entre nous avions soutenu, à savoir qu’il y a des galaxies au-delà de ce que nous avions observé avec Hubble », explique Richard Ellis, astronome à l’University College de Londres.

L’ère des premières galaxies a commencé à « l’aube cosmique », débutant peut-être environ 250 millions d’années après le Big Bang, lorsque les premières étoiles se sont formées et ont illuminé l’Univers. Les générations ultérieures d’étoiles se sont agglomérées en galaxies, qui sont les faibles lueurs rouges que le Webb commence à découvrir.

Beaucoup d’images du Webb sont parsemées de galaxies jamais vues auparavant. « Il n’y a pratiquement pas d’espace vide où il n'y ait quelque chose », dit Kartaltepe.

Une étude a passé au crible les données de nombreux champs de galaxies lointaines que le Webb a observés, afin d’analyser la vitesse à laquelle les étoiles se sont formées dans l’Univers primitif. Nous avons trouvé 44 galaxies jusque-là inconnues remontant à moins de 300 millions d’années du Big Bang associées à 11 galaxies précédemment connues, les résultats montrent qu’il y avait déjà à cette époque une population importante de galaxies formant des étoiles. Les résultats « réaffirment l’énorme potentiel des futurs programmes du télescope pour transformer notre compréhension du jeune Univers », écrivent les chercheurs dirigée par Callum Donnan de l’Université d’Édimbourg, au Royaume-Uni, dans un article sur le serveur de preview arXiv.


De nombreuses galaxies sont en compétition pour le titre de « la plus lointaine ».

La ruée la plus médiatisée est peut-être celle des équipes de recherche qui veulent identifier la galaxie la plus lointaine dans les données du Webb. Un certain nombre de candidats ont été repérés qui devront être confirmés par d’autres études, mais tous battraient le record de Hubble, une galaxie qui date d’environ 400 millions d’années après le Big Bang.

Une concurrente est apparu dans une observation Webb appelée GLASS qui comprenait une autre galaxie légèrement moins lointaine dans la même image. "Le fait que nous ayons trouvé ces deux galaxies brillantes était vraiment une surprise", déclare Marco Castellano, astronome à l'Institut national d'astrophysique de Rome. Lui et ses collègues ne s'attendaient pas à trouver des galaxies aussi éloignées dans cette petite partie du ciel. Une deuxième équipe a également repéré indépendamment ces deux galaxies.

Les astronomes caractérisent la distance des galaxies avec une mesure connue sous le nom de décalage vers le rouge, qui quantifie à quel point la lumière d'une galaxie a été décalée dans le spectre. Plus le décalage est élevé, plus la galaxie est éloignée. Le candidat GLASS a un décalage vers le rouge d'environ 13. Mais les 25 et 26 juillet, quelques jours après que les astronomes aient signalé les galaxies GLASS, des articles affirmant des décalages dans le rouge encore plus élevés ont inondé le serveur arXiv. "Et ce n'est qu'un début ", déclare Rohan Naidu, astronome au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, Massachusetts.

Un candidat, avec un redshift de 14, a émergé dans une enquête appelée CEERS, l'un des premiers projets les plus en vue de Webb. Le chercheur principal du CEERS, Steven Finkelstein de l'Université du Texas à Austin, a surnommé l'objet "Maisie's Galaxy", du nom de sa fille. Une autre étude a examiné la toute première image en champ profond du Webb, publiée le 11 juillet, et aurait trouvé deux galaxies potentielles à un décalage vers le rouge de 16, ce qui les placerait à peine 250 millions d'années après le Big Bang. D'autres articles d'arXiv spéculent sur d'autres candidats, même jusqu'à des décalages vers le rouge de 20.

Certaines galaxies primitives sont étonnamment complexes.

Les galaxies lointaines s'avèrent être plus structurées que les astronomes ne l'avaient prévu.

Une étude de la première image en champ profond du Webb a trouvé un nombre étonnamment élevé de galaxies lointaines qui ont une forme de disques. En utilisant Hubble, les astronomes avaient conclu que les galaxies lointaines avaient une forme plus irrégulière que celles qui sont proches, qui, comme la Voie lactée, possèdent souvent des formes régulières. La théorie était que les premières galaxies étaient plus souvent déformées par les interactions entre elles du fait de leur proximité. Mais les observations suggèrent qu'il y a jusqu'à 10 fois plus de galaxies distantes en forme de disque qu'on ne le pensait auparavant.

"Avec la résolution du JWST, nous sommes en mesure de voir que les galaxies ont des disques bien plus tôt que nous ne le pensions", explique Allison Kirkpatrick, astronome à l'Université du Kansas à Lawrence. C'est un problème, dit-elle, car cela contredit les théories antérieures de l'évolution des galaxies. "Nous allons devoir comprendre cela."

Un autre article suggère que les galaxies massives se sont formées plus tôt dans l'Univers qu'on ne le pensait auparavant. Une équipe dirigée par Ivo Labbé de l'Université de technologie de Swinburne à Melbourne, rapporte avoir trouvé sept galaxies massives dans le champ CEERS, avec des décalages vers le rouge compris entre 7 et 10. "Nous en déduisons que les régions centrales d'au moins certaines galaxies massives existaient déjà 500 millions d'années après le Big Bang, et que cette formation massive de galaxies a commencé très tôt dans l'histoire de l'Univers », écrivent les scientifiques.

Les études de la chimie galactique montrent également une image riche et compliquée émergeant des données Webb. Une analyse de la première image en champ profond a étudié les lumières galactiques émisent à un décalage vers le rouge de 5 ou plus. (Les raies spectrales qui apparaissent à différentes longueurs d'onde de la lumière sont en corrélation avec les éléments chimiques presents.) On a trouvé une richesse surprenante en éléments tels que l'oxygène. Les astronomes pensaient que le processus d'enrichissement chimique où les étoiles fusionnent l'hydrogène et l'hélium pour former des éléments plus lourds prenait un certain temps, mais on a découvert qu'il est déjà en cours dans les premières galaxies "Cela nous fait repenser la rapidité à laquelle la formation des étoiles se produit". , dit Kirkpatrick.

Certaines des galaxies moins éloignées de nous sont plus petites que prévu.

Les surprises se poursuivent même pour des périodes plus tardives dans l'évolution de l'Univers. Une étude a examiné les observations à éloignement intermédiaire dans le cosmos, environ 3 milliards d'années après le Big Bang. C'est à ce moment que la formation d'étoiles a atteint son apogée et que davantage de lumière a été créée.

Wren Suess, astronome à l'Université de Californie à Santa Cruz, a comparé les images d'Hubble pour ces galaxies avec les mêmes dans les images du JWST. Aux longueurs d'onde infrarouges détectées par le Webb, la plupart des galaxies massives semblaient beaucoup plus petites que sur les images de Hubble. "Cela change potentiellement toute notre vision de l'évolution des tailles des galaxies au fil du temps", déclare Suess. Les études de Hubble avaient suggéré que les galaxies commencent petites et grossissent au cours du temps, mais les découvertes du Webb indiquent que Hubble n'avait pas une vue d'ensemble, et donc que l'évolution des galaxies pourrait être plus compliquée qu'on ne le pensait.

Juste au début d'un travail de plus de 20 ans, les astronomes savent qu'ils y aura beaucoup de bouleversements à venir. "En ce moment, je me retrouve allongé éveillé à trois heures du matin en me demandant si tout ce que j'ai fait jusqu'à présent est finalement inutile." avoue Kirkpatrick.

[Nicophil]

"En ce moment, je me retrouve allongé éveillé à trois heures du matin en me demandant si tout ce que j'ai fait jusqu'à présent n'est pas finalement inutile."

C'est pourtant pas faute d'avoir prévenu que certains se préparaient des nervous breakdowns (comme on ne dit plus de nos jours) !

[leopold 11]

Cela va prendre encore un certain temps avant de concilier toutes les informations. Et le meilleur outil pour ce faire sera l'ordinateur, qui va peut-être nous pondre une nouvelle théorie de cette conciliation.

[tezcatlipoca]

Bonsoir,

Le JWST saisit les mouvements stellaires dans la galaxie dite "roue de la charette".

https://www.nasa.gov/sites/default/f...?itok=1gQYAKHT
]
Une grande galaxie rose tachetée ressemblant à une roue avec un petit ovale intérieur, du bleu marquant la présence de poussière entre les deux, plus marqué dans la partie droite de la roue, et deux galaxies spirales plus petites à gauche sur le fond noir constellé du cosmos .
Crédits : NASA, ESA, ASC, STScI

Téléchargez la version pleine résolution non compressée et les visuels à l'appui du Space Telescope Science Institute, ici :

https://webbtelescope.org/contents/m...QP112RNSQWTCTH

Le télescope spatial James Webb a scruté le chaos dans la galaxie "roue de la charette", révélant de nouveaux détails sur la formation des étoiles et de son trou noir central. Les performances des instruments du Webb dans l'infrarouge ont permis de produire cette image détaillée. Cela nous offre une nouvelle vision sur la façon dont cette galaxie a évolué au cours des milliards d'années.

Située à environ 500 millions d'années-lumière dans la constellation du Sculpteur, elle nous offre un spectacle rare. Son apparence, un peu comme celle d'une roue, est le résultat d'un événement intense, une collision dramatique entre une grande galaxie spirale et une galaxie plus petite, non visible sur cette image. Les collisions galactiques provoquent une cascade d'événements variés entre les galaxies impliquées, la "roue de charrette" ne fait naturellement pas exception.

Le choc a notamment affecté la forme et la structure de la galaxie. Celle-ci arbore désormais deux anneaux, un intérieur brillant, et un autre coloré l'entourant. Ces deux anneaux s'étendent vers l'extérieur à partir du centre collisionnel, comme des ondulations dans un étang après qu'une pierre y ait été jetée. En raison de ces caractéristiques distinctives, les astronomes la définissent comme une «galaxie annulaire», structure moins courante que les galaxies spirales comme notre Voie lactée.

Le noyau brillant contient une énorme quantité de poussière chaude, les zones les plus brillantes abritant de gigantesques jeunes amas d'étoiles. D'autre part, l'anneau extérieur, qui s'est élargi depuis environ 440 millions d'années, est dominé par la formation d'étoiles et de supernovas. Au fur et à mesure que cet anneau se dilate, il s'enfonce dans le gaz environnant et déclenche d'avantage de naissances stellaires.

D'autres télescopes, dont le télescope spatial Hubble, ont déjà examiné "la roue de la charrette". Mais la galaxie était enveloppée de mystère étant donné la quantité de poussière qui obscurcissait les images. Le Webb, avec sa capacité à détecter la lumière infrarouge, révèle maintenant de nouvelles informations sur la nature des transformations dans "la roue".

La caméra proche infrarouge (NIRCam), l'imageur principal du Webb, observe dans la gamme proche infrarouge de 0,6 à 5 microns, examinant des longueurs d'onde cruciales de lumière qui peuvent révéler davantage d'étoiles que celles observées dans la lumière visible. En effet, les jeunes étoiles, dont beaucoup se forment dans l'anneau extérieur, sont moins masquées par la présence de poussière lorsqu'elles sont observées en lumière infrarouge.

Dans cette image, les données NIRCam sont colorées en bleu, orange et jaune. La galaxie affiche de nombreux points bleus individuels, qui sont des étoiles particulières ou des berceaux de formation d'étoiles. NIRCam révèle également la différence entre la distribution des populations d'étoiles plus anciennes et la poussière dense dans le noyau par rapport aux formes agglomérées associées aux populations d'étoiles plus jeunes vers l'extérieur.

Pour en apprendre plus sur les détails fins de la poussière dans cette galaxie nécessite aussi l'utilisation de l'instrument à infrarouge moyen (MIRI). Les données MIRI sont colorées en rouge dans cette image composite. Cela révèle des régions de la galaxie riches en hydrocarbures et autres composés chimiques, ainsi que des poussières de silicate, comme on peut en trouver sur Terre. Ces régions forment une série de rayons spiralés qui forment une sorte de squelette de la galaxie. Ces rayons sont évidents dans les observations précédentes de Hubble publiées en 2018, mais ils deviennent beaucoup plus visibles et détaillés dans cette image du JWST.

https://www.nasa.gov/sites/default/f...?itok=tSVZGgCC

Cette image de l'instrument à infrarouge moyen du Webb (MIRI) montre un groupe de galaxies, dont une grande galaxie en forme d'anneau connue sous le nom de la roue de la charette". Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team

Téléchargez la version pleine résolution non compressée et les visuels à l'appui du Space Telescope Science Institute :

https://webbtelescope.org/contents/m...S1KXHA5KV00HM3

Les observations avec le JWST soulignent que la galaxie est dans une phase très transitoire. Celle-ci qui était vraisemblablement une galaxie spirale normale comme la Voie lactée avant sa collision, continuera à se transformer. Alors que le Webb nous donne un aperçu de l'état actuel de "la roue", il livre également un aperçu de son histoire et de son évolution dans le futur.

[tezcatlipoca]

Bonsoir,

Tension sur le modèle standard (ΛCDM) ???...

Article de Michael Boylan-Kolchin (Department of Astronomy, The University of Texas at Austin)

https://arxiv.org/pdf/2208.01611.pdf

"Les premières données de JWST ont révélé une foule de galaxie candidates à haut-redshift avec des masses stellaires étonnamment élevées. J’examine ces candidats dans le contexte des galaxies les plus massives attendues par les modèles de type ΛCDM, où la masse stellaire d’une galaxie est limitée par le réservoir baryonique disponible de son halo de matière noire hôte."

"Dans les observations JWST, les masses signalées pour la galaxie la plus massive des candidats à z 10 sont en tension avec ces limites, ce qui indiquerait un problème avec les techniques bien développées pour la sélection photométrique des galaxies, la masse stellaire des galaxies, ou les estimations de volume d’étude efficace, voire avec le modèle ΛCDM. Que le la tension la plus forte apparaisse à z 10, et non pas (encore?) aux plus hauts redshifts sondés par les candidats de la galaxie JWST (z 16 20), est... surprenant..."

"Les résultats de l’enquête JWST sur une plus grande partie du ciel seront prometteurs pour les tests du modèle ΛCDM..."

[tezcatlipoca]

Source Twitter :

https://twitter.com/jbprime/status/1...03839852720128

[yves95210]

Source Twitter :

https://twitter.com/jbprime/status/1...03839852720128

Je suis tombé sur le même fil twitter via un autre canal
La discussion (entre astrophysiciens) est intéressante.

[tezcatlipoca]

Je suis tombé sur le même fil twitter via un autre canal
La discussion (entre astrophysiciens) est intéressante.

Bonjour Yves,

Je serais intéressé de savoir par quel canal ?
En postant ici, ou par message privé, si tu préfères.
Mais peut-être suis-je trop curieux ?

[yves95210]

Je serais intéressé de savoir par quel canal ?
En postant ici, ou par message privé, si tu préfères.
Mais peut-être suis-je trop curieux ?

Pas de souci, ce n'est pas un secret... Je n'ai pas de compte twitter et n'en "follow" donc aucun.
Mais la physicienne Sabine Hossenfelder dont je consulte régulièrement le blog, où ses tweets s'affichent dans la colonne de droite, a retweeté ce fil.
Remarque, j'aurais aussi pu tomber dessus si je suivais le compte twitter de Stacy McGaugh et pas juste son blog (mais il n'y met pas de lien vers ses tweets), puisqu'il est intervenu dans la discussion.

[tezcatlipoca]

Merci Yves pour ce partage de source qui peut s'avérer utile. Moi non plus, pas sur twitter, ni aucun autre réseau.

Dans le cadre de notre "campagne prudence dans les annonces galaxies à z 12 000"

Les grandes quantités de poussières présentent dans certaines galaxies, estimées par certains scientifiques à des redshift très élevés (z 13 à 20) par méthode photométrique, pourraient complètement fausser ces résultats.

https://arxiv.org/pdf/2208.01816.pdf

[yves95210]

Juste pour le fun : je viens de voir que l'article de Laurent pour Futura a été retweeté par Stacy McGaugh himself.

[mtheory]

Juste pour le fun : je viens de voir que l'article de Laurent pour Futura a été retweeté par Stacy McGaugh himself.

Oui, j'avais vu j'en suis pas peu fier d'ailleurs

[tezcatlipoca]

Juste pour le fun : je viens de voir que l'article de Laurent pour Futura a été retweeté par Stacy McGaugh himself.

Et moi qui était persuadé que Laurent n'y connaissait absolument rien !

Le Pulitzer... le Nobel pourquoi pas ? On hésite encore.

[yves95210]

Bonjour,

Stacy McGaugh vient de publier un billet sur son blog, dans lequel il explique bien le problème posé par les premières observations du JWST. Je n'en traduis ci-dessous qu'un extrait et la conclusion, mais il faut lire l'ensemble.

Dans LCDM, il n'est pas particulièrement difficile de construire un modèle qui forme très tôt un grand nombre d'étoiles. Ce qui est difficile, c'est d'en assembler autant en un seul objet. Nous devrions voir beaucoup de fragments beaucoup plus petits (et nous pourrions encore en voir), mais nous ne devrions pas voir beaucoup de très gros objets comme celui-ci déjà en place. La question de savoir combien il y en a est cruciale.

Labbe et al. font une estimation de la densité de la masse stellaire dans les galaxies massives à haut redshift, et trouvent qu'elle est plutôt élevée. Il s'agit d'un exercice délicat dans les meilleures circonstances, lorsque l'on dispose d'excellentes données pour des milliers de galaxies. Ici, nous n'en avons qu'une poignée. Nous devons également supposer que la petite région étudiée est typique, ce qui peut ne pas être le cas. De plus, la méthode du décalage vers le rouge photométrique illustrée ci-dessus est risquée. Elle semble convaincante. Elle est convaincante. Elle me donne également la chair de poule. J'ai souvent vu des décalages vers le rouge photométriques se révéler faux lorsque de bonnes données spectroscopiques étaient obtenues. Mais généralement, la méthode fonctionne, et c'est ce que nous avons obtenu jusqu'à présent, alors voyons où cette aventure nous mène.

(...)

Alors, cela signifie-t-il que le LCDM est condamné ? J'en doute. Il y a trop d'incertitudes pour le moment. C'est un résultat intriguant, mais il faudra beaucoup de travail de suivi pour le résoudre. Je m'attends à ce que certaines de ces galaxies candidates à haut redshift tombent dans l'oubli et se révèlent être des objets à plus faible redshift. Le nombre de ces galaxies et leur impact sur le résultat de base restent à déterminer.

Après des années de test de la LCDM, il serait ironique qu'elle puisse être falsifiée par cette simple observation (coûteuse et technologiquement étonnante). Il n'en reste pas moins qu'il est important de surveiller ce phénomène, car il est au moins concevable que nous puissions mesurer une densité de masse stellaire incroyablement élevée.

Traduit avec www.DeepL.com/Translator (version gratuite)

[yves95210]

Bonjour,

Encore du nouveau sur le sujet (pas dans les données mais dans leur analyse) : une prépublication explique que la galaxie la plus ancienne / lointaine (à z>16) identifiée dans les observations du JWST (CEERS-1749) pourrait être une fausse détection : elle se situe dans une petite portion du champ du JWST où les objets identifiés les plus proches (visuellement) de cette galaxie se situent à z≈5; les auteurs expliquent que, sous certaines conditions (galaxie éteinte - ce serait la plus ancienne observée - abritant du gaz ionisé, ou flambée d'étoiles poussiéreuse), les lignes d'émission à z≈5 peuvent conspirer pour booster la photométrie >2 μm de façon à "déguiser" CEERS-1749 en un objet situé à z>16 alors qu'il se situerait en fait dans un proto-amas à z≈5 environ 5 fois plus dense que le champ environnant.
Mais d'une part il s'agirait d'une sacrée coïncidence (qui ne peut se produire que dans une fourchette Δz≲0.1), qui n'expliquerait probablement pas l'ensemble des observations du JWST à z>10. D'autre part si CEERS-1749 était finalement confirmé à z≈5, il s'agirait malgré tout d'une observation étonnante compte-tenu de ses caractéristiques.
Les auteurs concluent que l'une et l'autre des deux solutions de redshift sont potentiellement un challenge pour les modèles existants d'évolution des galaxies précoces, rendant critique le suivi spectrométrique de cette source.

D'autre part, dans le fil twitter où l'un des auteurs (Rohan Naidu) fait part de cette prépublication, il en mentionne une autre qui arrive à un résultat analogue pour CEERS-1749 (z≈5) par un autre chemin. Mais Naidu explique qu'il faut là aussi une sacrée coïncidence pour qu'un tel imposteur à z≈5 imite les caractéristiques d'un objet à z>10, et qu'il est peu probable que cette coïncidence se produise pour tous les objets à z>10 identifiés dans les premières données du JWST.

[Shoeii]

Comment sont "recomposé" les images présenté au grand public en couleurs à partir des images en infra rouge ?

Comment on détermine la couleurs des étoiles, galaxie et nuage de gaz ?

[leopold 11]

Selon une dernière conférence de D. Elbaz, on recompose en couleur, en considération des éléments en présence.

[tezcatlipoca]

Selon une dernière conférence de D. Elbaz, on recompose en couleur, en considération des éléments en présence.

Bonjour Leopold,

Il aurait sans doute été utile que tu nous donnes un lien vers cette conférence, ou bien en cas d'impossibilité, que tu nous fasses un court résumé des explications concernant spécifiquement la question posée. Là, c'est un peu trop lapidaire.

[tezcatlipoca]

Comment sont "recomposé" les images présenté au grand public en couleurs à partir des images en infra rouge ?

Comment on détermine la couleurs des étoiles, galaxie et nuage de gaz ?

Salut à toi,

Pour cette image du quintette, par exemple, on a ce genre de détails qui nous sont donnés sur les couleurs choisies :

https://esawebb.org/images/potm2207a/

Extrait traduit :

"Cette image contient un filtre MIRI de plus que celui utilisé dans l' image composite NIRCam-MIRI . Les spécialistes du traitement d'images du Space Telescope Science Institute de Baltimore ont choisi d'utiliser les trois filtres MIRI et les couleurs rouge, vert et bleu pour différencier le plus clairement les caractéristiques des galaxies les unes des autres et les ondes de choc entre les galaxies.

Sur cette image, le rouge désigne les régions poussiéreuses de formation d'étoiles, ainsi que les premières galaxies extrêmement éloignées et les galaxies enveloppées d'une épaisse poussière. Les sources ponctuelles bleues montrent des étoiles ou des amas d'étoiles sans poussière. Les zones diffuses en bleu indiquent la poussière qui contient une quantité importante de grosses molécules d'hydrocarbures. Pour les petites galaxies d'arrière-plan dispersées dans l'image, les couleurs verte et jaune représentent des galaxies plus éloignées et plus anciennes qui sont également riches en ces hydrocarbures."

Pour d'autres images on peut sans aucun doute avoir d'autres types de critères sélectionnés pour les coloriser. En tout état de cause, ces critères seraient arbitraires et pas forcément très conformes aux couleurs visibles de ces objets par un oeil humain.

[JPL]

En tout état de cause, ces critères seraient arbitraires et pas forcément très conformes aux couleurs visibles de ces objets par un oeil humain.

Pas du tout conformes aux couleurs réelles puisque ces filtres sélectionnent diverses bande de longueurs d’onde dans l’infrarouge. Il est logique, dans une "reconstruction" RVB d’affecter le rouge aux plus grandes longueurs d’onde, puis le vert et le bleu au fur et à mesure qu’on traite des infrarouges de plus courtes longueur d’onde.

[tezcatlipoca]

Oui, pas du tout.

C'était de ma part une litote qui aurait dû être signalée par une émoticône appropriée.

[yves95210]

Bonjour,

Une nouvelle prépublication, utilisant la calibration post-lancement de la photométrie du JWST, montre qu'il faut rester prudent dans l'interprétation des observations :

Nous présentons une réduction et une analyse du champ SMACS~0723 du JWST à l'aide de calibrations post-lancement afin de mener une recherche de galaxies à très haut redshift (z>9) présentes dans l'époque de réionisation. Nous utilisons une combinaison de redshifts photométriques et de critères de sélection basés sur la modélisation de la distribution spectrale d'énergie (SED) pour optimiser la complétude de l'échantillon tout en minimisant la contamination. Nous trouvons quatre galaxies candidates z>9 qui n'ont pas été identifiées précédemment, dont un objet à z=11.5, et un autre qui est peut-être une paire de galaxies proches. Ces sources sont sélectionnées avec un seuil de magnitude conservateur, comparé à d'autres études, de mF200W<28 afin d'identifier de manière fiable les sources avec des cassures de Lyman plus fortes que 1 magnitude. Nous mesurons les redshifts des galaxies candidates provenant d'autres études et nous constatons que le taux de récupération n'est que de 23 %, et que beaucoup d'entre elles sont attribuées à des solutions poussiéreuses à plus faible redshift dans notre travail.

Traduit avec www.DeepL.com/Translator (version gratuite)

Ci-dessous un tableau qui présente les résultats de deux études précédentes comparés avec ceux de cet article. On note quand-même que, même s'il y a du déchet (en particulier dans la colonne de droite), la nouvelle étude confirme l'identification de 40% des objets à grand redshift issus de la première étude (colonne de gauche), dont trois à z~11, z~12 et z~15,5. Il faudrait lire l'article dans le détail pour comprendre pourquoi aucun des candidats à grand redshift issus de la deuxième étude (colonne de droite) n'a pu être confirmé par cette nouvelle étude.


PS : j'ai trouvé cette publication grâce au blog de l'astrophysicien Peter Coles.

[leopold 11]

Bonjour ... Comme demandé par tezcatlipoca..https://www.youtube.com/watch?v=-PBch2bpox8.de David Elbaz. Perso... La science est un outil qui ne lapide pas... Elle tranche à notre compréhension, le réel de l'incompris. Et c'est cool.

[tezcatlipoca]

Perso... La science est un outil qui ne lapide pas... Elle tranche à notre compréhension, le réel de l'incompris. Et c'est cool.

Par contre, merci beaucoup pour le lien.

[physeb2]

Merci pour le lien Yves,

en même temps les redshifts photometriques sont déjà une corvée pour les redshifts de LSST, donc rien d'anormal sur le fait qu'il va y avoir pas mal d'itérations avec les observations spectroscopiques dans les prochains mois et années.
C'est d'ailleurs ce qui me gêne franchement avec toutes ces press releases a tout va sur JWST, on sait très bien qu'il faut beaucoup de travail de check dans les premieres phases d'observaions sur tout observatoire. Mieux vaut laissr un peu de temps pour converger avant de sortir des résultats préliminaires au grand public.

Ces redshifts variront encore pas mal dans très peu de temps et c'est tout a fait normal quand on travail sur le sujet. Mais pour le grand public, c'est compliqué de comprendre comment un objet évalué a z=20 est maintenant évalué a z=0.7 Expliquer les "catastrophic-redshift failures" c'est pas simple...

[tezcatlipoca]

Bonjour,

Toujours dans le cadre des appels à la patience/prudence pour connaître avec une bonne confiance les décalages dans le rouge des galaxies dans les premières images du JWST, un article dans Sky & Telescope :

https://skyandtelescope.org/astronom...s-astronomers/

Traduction automatique corrigée :

Les galaxies lointaines dans les images du JWST suggèreraient que nous devons repenser l'évolution des étoiles et des galaxies dans l'univers primitif.
Les tout premiers résultats du télescope spatial James Webb semblent indiquer que des galaxies massives et lumineuses s'étaient déjà formées dans les 250 premiers millions d'années après le Big Bang. Si cela était confirmé, cela remettrait sérieusement en question la pensée cosmologique actuelle. Pour l'instant, cependant, c'est encore un gros "si".

Peu de temps après que la NASA ait publié le premier lot de données scientifiques du Webb, le serveur de préprint astronomique arXiv a été inondé d'articles affirmant la détection de galaxies si éloignées que leur lumière a mis environ 13,5 milliards d'années pour nous atteindre. Beaucoup d'entre elles semblent être plus massives que ce que prédit le modèle standard.

"Cela m'inquiète un peu que nous trouvions ces monstres dans les premières images", explique le cosmologiste Richard Ellis (University College London).
Les jeunes étoiles massives des galaxies naissantes émettent de grandes quantités de rayonnement ultraviolet énergétique. Au fur et à mesure que cette lumière se déplace dans l'espace en expansion pendant des milliards d'années, les longueurs d'onde s'étirent ( décalage vers le rouge ) jusque dans l'infrarouge, un rayonnement auquel les instruments du Webb sont sensibles.

Il faut des mesures spectroscopiques minutieuses - soit par les spectromètres du Webb, soit par l'observatoire terrestre ALMA qui fonctionne à des longueurs d'onde encore plus longues - pour déterminer avec précision les décalages vers le rouge, qui nous indiquent à quelle distance dans l'espace - et donc à quelle distance dans le temps - vous observez ces objets. Mais il existe une solution de contournement rapide (quoique moins fiable) qui donne une idée approximative.

Les atomes d'hydrogène neutre dans l'espace intergalactique absorbent le rayonnement ultraviolet à des longueurs d'onde inférieures à 91,2 nanomètres. Pour les objets éloignés, ce seuil se décale également vers les longueurs d'onde plus longues, dans l'infrarouge pour les galaxies les plus éloignées. Étant donné que la caméra proche infrarouge NIRCam du Webb prend des mesures à travers un grand nombre de filtres, chacun couvrant une bande de longueur d'onde différente, une galaxie peut être visible dans certains canaux mais pas dans d'autres. La bande de longueur d'onde dans laquelle la galaxie disparaît indique approximativement son décalage vers le rouge et le temps de retour correspondant.

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Ces images format timbres-poste prises par la caméra proche infrarouge du JWST montrent la galaxie CEERS-93316 dans six filtres différents : F115W, F150W, F200W, F277W, F356W et F444W. Donnan et al. 2022

Six jours seulement après la publication des premières données scientifiques, le 19 juillet, deux équipes indépendantes d'astronomes ont présenté leur analyse basée sur cette technique. Les deux groupes, l'un dirigé par Rohan Naidu (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian) et l'autre par Marco Castellano (Observatoire de Rome, Italie), ont trouvé deux galaxies candidates relativement brillantes à des décalages vers le rouge d'environ 11 et 13, se situant respectivement dans un univers âgé d'environ 400 et 325 millions d'années.

Dans les jours qui ont suivi, deux autres équipes indépendantes, dirigées par Callum Donnan (Université d'Édimbourg) et par Yuichi Harikane (Université de Tokyo), ont annoncé la découverte alléchante d'une galaxie étonnamment massive à un décalage vers le rouge de 17. Cela correspond à regarder en arrière à seulement 225 millions d'années après le Big Bang.

Dans une autre étude encore, Haojing Yan (Université du Missouri) et ses collègues ont même affirmé que certaines de leurs galaxies candidates pouvaient atteindre un redshift de 20 (180 millions d'années après le Big Bang).

« Il est compréhensible que les jeunes équipes se précipitent » pour publier leurs résultats, dit Ellis. Selon l'astronome spécialiste du milieu extragalactique Mariska Kriek (Observatoire de Leiden), certains de ces groupes ont peut-être écrit de grandes parties de leur article à l'avance, ils n'auraient donc eu a compléter qu'avec quelques chiffres et autres détails. « Ils ont cueilli des fruits à portée de main », dit-elle. « Pour certaines personnes, il est tout simplement très important d'être le premier. Et bien naturellement, tout le monde est très curieux de savoir ce qu'il y a dans les données.

Avant que la communauté n'accepte ces affirmations, les décalages vers le rouge signalés doivent être confirmés par spectroscopie. Mark McCaughrean, le conseiller scientifique principal de l'Agence spatiale européenne (un partenaire majeur du Webb) a commenté sur Twitter : "Je suis sûr que certains résultats seront confirmés, mais je suis également persuadé qu'ils ne le seront pas tous. […] Tout cela ressemble un peu à une ruée d'ours vers un pot de miel en ce moment.

Ellis est d'accord : "C'est une chose de publier un article sur arXiv", dit-il, "mais c'en est une autre d'en proposer un solide dans une revue à comité de lecture."

Jusqu'à présent, les astronomes ont trouvé des galaxies candidates éloignées dans quatre zones du ciel. Certains ont visé le voisinage de SMACS 0723-73, l'amas de galaxies dans la constellation australe du poisson volant présenté dans la première image Webb à être publiée. D'autres se sont penchés sur deux enquêtes en cours, le Grism Lens-Amplified Survey from Space (GLASS) et le Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), respectivement dans les constellations du Sculpteur et Bouvier. De plus, trois candidats ont été découverts dans une autre image à diffusion anticipée, celle du Quintette de Stephan, un groupe compact de galaxies dans Pégase.

Il est difficile de suivre toutes les nouvelles découvertes, en partie parce que chaque équipe utilise son propre système de numérotation. Par exemple, la galaxie candidate avec un décalage vers le rouge de 17 est diversement connue sous les noms ID93316, CEERS-1749 et CR2-z17-1. Naidu et ses collègues l'ont même surnommée la galaxie de Schrödinger en raison de sa nature indécise - au lieu d'être une galaxie primitive, elle pourrait plutôt être une galaxie très poussiéreuse à un décalage vers le rouge de 5, correspondant à un âge de "seulement" 12,6 milliards d'années.

"Mais c'est amusant", dit Kriek. Le rythme rapide de la science produite avec le JWST garde tout le monde en alerte. "Chaque jour est une petite aventure", ajoute Ellis.

Dans de nombreux articles publiés jusqu'à présent, les auteurs déclarent que leurs résultats, s'ils sont confirmés, pourraient remettre en question le modèle standard. Selon ce modèle, connu sous le nom de Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM), l'évolution de l'univers est régie par l'énergie noire (désignée par la lettre grecque lambda, Λ) et la tout aussi mystérieuse matière noire froide (CDM), qui représente près de 85 % de toute matière.

Selon ΛCDM, les toutes premières galaxies pourraient bien apparaître à peine 200 millions d'années après le Big Bang, mais elles seraient peu massives et peu lumineuses, ressemblant à de petites galaxies naines. Au lieu de cela, certaines des galaxies candidates éloignées dans les données du Webb semblent contenir environ 1 % de la masse de notre galaxie de la Voie lactée, ce qui est déjà beaucoup pour cette époque précoce.

Ivo Labbé (Swinburne University of Technology, Australie) et ses collègues ont même trouvé un candidat à un redshift de 10 (500 millions d'années après le Big Bang) qui est déjà comparable en masse à notre galaxie d'origine. Selon une étude récente de Michael Boylan-Kolchin (Université du Texas, Austin), ΛCDM prédit au plus une telle galaxie massive dans une zone d'étude 1 000 fois plus vaste.

Mais le théoricien David Spergel (Université de Princeton) ne s'alarme pas encore. "Je pense que nous devons être prudents face à ces déclarations", dit-il. Comme l'explique Spergel, les estimations de la masse d'une galaxie éloignée sont basées sur sa luminosité observée à différentes longueurs d'onde (qui, incidemment, pourrait être affectée par l'étalonnage en cours de l'instrument). Mais les estimations supposent également que les nombres relatifs d'étoiles de faible masse et de masse élevée soient les mêmes que dans la Voie lactée. Cependant, des pressions et des températures plus élevées dans l'univers primitif auraient pu supprimer la formation d'étoiles de faible masse à l'époque.

"A de faibles décalages vers le rouge, la majeure partie des masses galactiques se trouve dans des étoiles de faible masse", explique Spergel. "Cela peut ne pas être vrai à des décalages vers le rouge élevés. Je soupçonne que nous apprenons que la formation d'étoiles de grande masse était très efficace » dans l'univers primitif. Encore une fois, le verdict final devra attendre des observations de suivi spectroscopiques précises. Selon Kriek, les astronomes se disputeront le temps d'observation sur le JWST pour régler leurs différents.

Une chose est sûre, cependant : dans ses premières semaines de fonctionnement, le nouveau télescope spatial a déjà dépassé les attentes de la plupart des astronomes. "C'est comme ouvrir une boîte de jouets pour la première fois", déclare Ellis. "C'est juste fabuleux."

[physeb2]

Merci pour ton message tezcatlipoca,

c'est un excellent résumé de la situation. Après on vit ça a chaque fois, mais dans des proportions qui varient au niveau de l'impact grand public. Pour Planck on avait des gugusses qui prenaient des photos de présentations de map du CMB et faisaient une analyse dégueulasse en prétendant publier les premiers résultats de Planck.... Bon les cartes montrées étaient bien évidemment pas utilisable et ce genre d'analyse complètement anti-scientifiques. C'est toujours un peu comme celà. Puis on a eu BICEP2 qui a fait un show mondial en prétendant avoir découvert les modes B alors qu'on savit que c'était faux puisque dans Planck on avait déjà fait la vérification de la zone observée et que la poussière étaient ultra-dominante. Et eux le savaient également.

C'est pour ça que je suis réticent sur les press-releases qui parlent de résultats scientifiques durant la phase jeune des observations.

[yves95210]

Salut,

S. McGaugh a publié un nouveau billet de blog sur le sujet. Les explications qu'il y donne, basées sur son expérience personnelle, m'ont semblé suffisamment intéressantes pour que je le traduise quasi intégralement (j'apprécie l'effort que fait tezcatlipoca pour nous fournir la VF des papiers qu'il cite; du coup je me sens obligé d'en faire autant...).

J'ai noté la dernière fois que dans la hâte d'analyser les premières données du JWST, "certaines de ces galaxies candidates à haut redshift tomberont aux oubliettes". (...) Cela s'est déjà produit.

J'étais inquiet en raison de travaux antérieurs avec Jay Franck dans lesquels nous avons constaté que les redshifts photométriques n'étaient tout simplement pas suffisamment précis pour identifier les amas et les protoclusters que nous recherchions. Par conséquent, nous en avons fait un critère de sélection lors de la construction du CCPC [un catalogue de candidats clusters et protoclusters à z>2] pour exiger des redshifts spectroscopiques. Le problème était alors qu'il ne suffisait pas d'avoir une idée approximative du redshift, comme le fait souvent la méthode photométrique (ce qu'elle fournit exactement dépend de façon complexe de la gamme de redshift, de la modélisation de la population stellaire et de la gamme de longueurs d'onde couverte par les données d'observation disponibles). Pour identifier un protocluster candidat, il faut savoir que toutes les galaxies membres potentielles sont réellement au même redshift.

Cette exigence est quelque peu relâchée pour la population de champ, dans laquelle une approche commune consiste à poser des questions plus larges sur les données, comme "combien de galaxies sont à z ~ 6 ? z ~ 7 ?", etc. Les redshifts photométriques, lorsqu'ils sont effectués correctement, devraient suffire pour cela. Cependant, j'avais remarqué dans le travail de Jay qu'il y avait des cas où des estimations apparemment raisonnables des redshifts photométriques se trompaient sérieusement. J'ai tressailli quand j'ai remarqué que dans les premiers travaux sur le JWST - plus précisément dans le tableau 2 de la première version d'un article d'Adams et al. - sept objets présentaient des redshifts photométriques candidats, et trois avaient déjà un redshift spectroscopique préexistant. Les redshifts photométriques étaient pour la plupart autour de z ~ 9,7, mais les trois redshifts spectroscopiques étaient tous plus petits : deux z ~ 7,6, un 8,5.

Trois objets ne sont pas suffisants pour déduire un biais systématique, j'ai donc fait une note mentale et je suis passé à autre chose. Mais compte tenu de notre expérience précédente, le fait que tous les cas disponibles étaient en désaccord, et que tous les décalages vers le rouge spectroscopiques étaient inférieurs aux estimations photométriques, n'inspirait pas confiance. Ces éléments combinés ont de quoi donner à cet observateur un sérieux cas de "tremblote".

Adams et al ont maintenant publié une analyse révisée dans laquelle de nombreux redshifts (pas tous) changent, et changent beaucoup. Voici leur nouveau tableau 4 :

[NB : il s'agit du tableau que j'ai posté hier]

Certains cas semblent confirmer et améliorer l'estimation initiale d'un redshift élevé. Par exemple, l'estimation initiale du redshift de SMACS-z11e était très incertaine. Dans l'analyse révisée, il est toujours à z~11, mais avec un degré de confiance beaucoup plus élevé.

Cela dit, il est difficile de donner une tournure positive à ces chiffres. 23 des 31 redshifts changent, et beaucoup changent radicalement. Ceux qui changent deviennent tous plus petits. L'estimation de redshift la plus élevée qui subsiste est z ~ 15 pour SMACS-z16b. Parmi les objets avec des redshifts candidats très élevés, certains sont pratiquement locaux (par exemple, SMACS-z12a, F150DB-075, F150DA-058).

Donc... Je m'attendais à ce que cela se passe mal, mais je ne pensais pas que cela se passerait aussi mal. J'étais préoccupé par la méthode du redshift photométrique - la façon dont nous pouvons modéliser les populations stellaires, en particulier aux jeunes âges dominés par les étoiles à courte durée de vie qui, dans l'univers primitif, sont probablement moins métalliques que les exemples proches bien étudiés, les dégénérescences entre les galaxies à des redshifts très différents mais présentant des couleurs similaires sur une gamme finie de bandes passantes observées, la poussière (l'éternel fléau de l'astronomie observationnelle, On s'attend à ce que ce soit un problème particulièrement grave dans l'ultraviolet, qui est décalé vers l'infrarouge proche pour les objets à haute résolution, à la fois parce que la poussière est très efficace pour diffuser les photons UV et parce que cette efficacité varie beaucoup avec la métallicité et la distribution granulométrique exacte de la poussière), quand un décrochage est vraiment un décrochage indiquant l'emplacement de la rupture de Lyman et quand c'est juste une limite supérieure minable d'une détection minable, etc. - Je pourrais continuer, mais je pense que c'est déjà fait. Il faudra du temps pour régler ces questions, même dans le meilleur des mondes.

Nous ne vivons pas dans le meilleur des mondes.

Il semble qu'une grande partie de l'incertitude actuelle soit due à une erreur d'étalonnage. Il existe un pipeline pour traiter les données du JWST qui possède un étalonnage intégré pour savoir combien de comptes dans une image du JWST correspondent à quelle magnitude astronomique. L'équipe chargée de l'instrumentation du JWST nous a prévenus que l'estimation initiale de cet étalonnage "s'améliorerait à mesure que nous avancerions dans le cycle 1" - voir la diapositive 13 de la présentation de Jane Rigby à l'AAS.

Je n'étais pas au courant de cette mise en garde, mais je n'en suis certainement pas surpris. C'est ainsi que ces choses fonctionnent : on fait une première estimation sur la base des données disponibles, et on l'améliore au fur et à mesure que d'autres données sont disponibles. Apparemment, le JWST dépasse ses spécifications, de sorte qu'il voit jusqu'à 0,3 magnitude de plus que prévu. Cela signifie que les gens déduisaient que les objets étaient beaucoup trop brillants, d'où l'apparition de nombreuses galaxies qui semblent plus brillantes que prévu, et un biais systématique apparent vers les z élevés pour les estimateurs de redshift photométrique.

Je n'étais pas à la réunion de l'AAS, et encore moins à la présentation du Dr Rigby. Même si j'y avais été, je ne suis pas sûr que j'aurais apprécié l'impact potentiel de cette dernière puce sur presque la dernière diapositive. Je ne suis donc pas le moins du monde surpris que cette erreur se soit propagée dans la littérature. C'est regrettable, mais au moins, cette fois, cela n'a pas conduit à quelque chose d'aussi grave que la catastrophe de la navette spatiale Challenger, où l'avertissement pertinent des ingénieurs était réputé avoir été enterré dans une obscure liste de puces.

Il nous faut donc maintenant respirer profondément et faire les choses correctement. Je comprends l'urgence de publier les premiers résultats passionnants, et ils le sont toujours. Il existe encore quelques galaxies candidates intéressantes à z élevé, et de nombreuses preuves empiriques antérieures au JWST indiquant que les galaxies sont peut-être devenues trop grosses trop tôt. Cependant, nous ne pourrons commencer à débattre de l'interprétation de ces données qu'une fois que nous sommes d'accord sur les faits. À ce stade, il est plus important d'obtenir les bons chiffres que de poster des prises de position précoces et potentiellement malavisées sur arXiv.

[Archi3]

C’est évidemment une discussion qu’il aurait été difficile de tenir sur Twitter , et ça confirme mes preventions contre la «*twittoscience*» . En aparté on a vu lors du Covid la facilité avec laquelle la désinformation se propageait par Twitter …On dirait que le monde ne supporte plus de se donner du temps pour la réflexion … Merci à ceux qui arrivent à garder la tête froide !!