JWST - Exploration de l'Univers primitif

[tezcatlipoca]

Grand merci Yves.
Je n'avais jamais consulter ce Blog qui m'a l'air de très bonne tenue.

Je me suis permis de relayer ton post sur Astrosurf.
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[tezcatlipoca]

Bonsoir,

Vidéo de Katie Mack pour décrypter l'image spectaculaire de mirages gravitationnels que je proposais au # 239. Comparaison, avec le même champ déjà observé par le télescope Hubble, et ayant fait l'objet d'un papier :

HST-Based Lens Model of the First Extragalactic JWST Science Target, SDSS J1226+2152, in Preparation for TEMPLATES

https://arxiv.org/abs/2207.05709

Vidéo pouvant être sous-titrée et traduite (même si ce genre de processus est assez éprouvant - j'appellerais cela "mirage linguistique", très déformant. )

https://youtu.be/f7S5qJrtH4s

Image reconstituée de la galaxie centrale déformée (Tâche rougeoyante triangulaire)

http://www.astrosurf.com/uploads/mon...2864dde1a9.png

Message original de Jackbauer 2 sur Astrosurf.

[yves95210]

Bonjour à tous, et en particulier à tezcatlipoca

Une nouvelle publication dans Nature vient de confirmer par spectroscopie la détection de quatre galaxie de redshift z=10,3 à 13,2 :

Finding and characterizing the first galaxies that illuminated the early universe at cosmic dawn is pivotal to understand the physical conditions and the processes that led to the formation of the first stars. In the first few months of operations, imaging from the James Webb Space Telescope (JWST) has been used to identify tens of candidates of galaxies at redshift (z) greater than 10, less than 450 million years after the Big Bang. However, none of such candidates has yet been confirmed spectroscopically, leaving open the possibility that they are actually low-redshift interlopers. Here we present spectroscopic confirmation and analysis of four galaxies unambiguously detected at redshift 10.3 ≤ z ≤ 13.2, previously selected from JWST Near Infrared Camera imaging. The spectra reveal that these primeval galaxies are metal poor, have masses on the order of about 107–108 solar masses and young ages. The damping wings that shape the continuum close to the Lyman edge provide constraints on the neutral hydrogen fraction of the intergalactic medium from normal star-forming galaxies. These findings demonstrate the rapid emergence of the first generations of galaxies at cosmic dawn.

Cette galaxie à z=13,2 devient donc la plus ancienne (et lointaine) confirmée par spectroscopie, et la plus précoce dans l'histoire de l'univers (moins de 300 millions d'années après le big-bang).

[JPL]

Information reprise par Le Monde : https://www.lemonde.fr/sciences/arti...7_1650684.html (en libre accès).

[yves95210]

PS : voir aussi l'article du Monde et l'article de Pieter van Dokkum dans Nature News, qui commentent la publication ci-dessus.

La publication est en accès libre sur arxiv.

[pm42]

Merci pour les liens. Ce qui est intéressant, c'est la faible métallicité qui colle bien aux modèles mais c'est vrai que ça fait de la formation rapide. Cela va donner du grain à moudre aux cosmologistes.

[Deedee81]

Salut,

Je passe juste pour dire : MERCI

Là franchement ça commence à devenir extrêmement passionnant ! (en particulier la faible métallicité : ENFIN !)

(tout excité je suis et je suis sûr que ça se voit )

[stefjm]

Je ne comprend pas tout : On vois de vielles galaxie là où on s'attendait à en trouver de jeunes?

[yves95210]

Je ne comprend pas tout : On vois de vielles galaxie là où on s'attendait à en trouver de jeunes?

On voit des galaxies très jeunes (ce que montre leur faible métallicité) mais dans un passé très ancien car leur lumière a mis plus de 13 milliards d'années à nous parvenir.

[Deedee81]

Salut,

EDIT Zut, grillé par Yves, je suis trop bavard

Je ne comprend pas tout : On vois de vielles galaxie là où on s'attendait à en trouver de jeunes?

Bon, j'ai pas encore eut le temps de tout creuser mais :
- non, elles sont bien jeunes. Leur faible métallicité en est la preuve.
- mais elles se sont manifestement former fort vite, plus vite qu'on ne le pensait

Les deux résultats sont intéressants : le premier parce qu'il montre qu'on arrive enfin aux étoiles de population III, le deuxième parce qu'il va permettre d'améliorer les modèles (il est vrai fort complexes et pleins de paramètres) de formation des structures (ça fait intervenir peu ou prou tous les domaines de la physique, ou presque)

[Archi3]

Je ne comprend pas tout : On vois de vielles galaxie là où on s'attendait à en trouver de jeunes?

il y a une ambiguïté de vocabulaire, elles sont vieilles parce qu'elles vivaient il y a longtemps, mais on les voit quand elles étaient jeunes, comme la photo du grand père mort à 20 ans à la guerre de 14 !

[yves95210]

A mon tour d'être grillé par Deedee

J'allais modifier mon message pour ajouter une explication (citation de la page wikipedia sur les populations stellaires)

Les astrophysiciens envisagent une hypothétique « population III ». Elle serait constituée d'étoiles qui auraient existé avant la formation des galaxies. Cette troisième population semble, selon les modélisations, ne pouvoir exister que sous forme d'étoiles extrêmement massives, dépourvues de métaux, ayant eu une vie très courte, et par conséquent n'existant plus.

La faible métallicité des galaxies détectées à z>10 confirmerait cette hypothèse.

[stefjm]

Ok, donc si on en trouve des vielles parce que loin, et vielles parce que ressemblant à celles proches, ce sera intéressant?

[Archi3]

Ok, donc si on en trouve des vielles parce que loin, et vielles parce que ressemblant à celles proches, ce sera intéressant?

si elles sont loin elles ne peuvent qu'être jeune dans l'évolution, pas vieilles. Si elles ressemblent à des vieilles ça voudrait dire qu'elles auraient très rapidement évolué mais ça poserait un gros problème puisque des paramètres comme la métallicité ne peuvent évoluer qu'après plusieurs générations d'étoiles , donc après un certain temps. Mais effectivement l'observation d'une évolution cosmologique permet de contraindre des modèles, par exemple exclure les modèles d'univers stationnaire et de création continue qui ont été défendus à un moment par de brillants astrophysiciens.

[stefjm]

Merci.
J'entrevois l'idée.

[tezcatlipoca]

Je cligne des yeux et instantanément le cosmos est transfiguré !

Bravo Yves pour ta réactivité !

[tezcatlipoca]

Passionnante conférence à l'IAP, de Pierre Guillard, traitant des ces questions et évoquant les toutes récentes découvertes du JWST (à partir de 1H06), et cela dans un langage très accessible :

https://youtu.be/HfP-AofKVhA?t=16

[Lansberg]

"Les astrophysiciens envisagent une hypothétique « population III ... étoiles extrêmement massives, dépourvues de métaux, ayant eu une vie très courte, et par conséquent n'existant plus."

Ce qui rendrait le JWST encore plus extraordinaire, ce serait de voir des supernovæ de cette population.

[tezcatlipoca]

Bonsoir,

J'aurai souhaité savoir quelles sont les supernovae les plus lointaines détectées à ce jour ?

J'ai cru comprendre, d'après certaines lectures, que les SN d'étoiles de population III pourraient éventuellement avoir des signatures très différentes de celles que nous connaissons actuellement. Qu'en est-t-il exactement ?

Merci d'avance.

[Gilgamesh]

Bonsoir,

J'aurai souhaité savoir quelles sont les supernovae les plus lointaines détectées à ce jour ?

Je dirais z=2

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/20...4899D/abstract
https://physicstoday.scitation.org/d...1063/1.1784264

mais avec un petit doute:

https://www.nature.com/articles/nature11521

[JPL]

J'ai cru comprendre, d'après certaines lectures, que les SN d'étoiles de population III pourraient éventuellement avoir des signatures très différentes de celles que nous connaissons actuellement. Qu'en est-t-il exactement ?

Certainement puisque ces hypothétiques étoiles énormes auraient une métallicité très faible avec l’hydrogène fortement prédominant.

[tezcatlipoca]

Encore merci Messieurs.

Au sujet des étoiles de population III et de leur mort cataclysmique (Bien que ne se fondant pas sur des résultats JWST), cet article me paraît intéressant :

https://www.ca-se-passe-la-haut.fr/2...elle-dune.html

[yves95210]

Bravo Yves pour ta réactivité !

Sur ce coup-là j'ai failli être grillé par JPL. J'avais aussi lu l'article du Monde, mais j'ai pris le temps de remonter à la source...

Au sujet des étoiles de population III et de leur mort cataclysmique (Bien que ne se fondant pas sur des résultats JWST), cet article me paraît intéressant :
https://www.ca-se-passe-la-haut.fr/2...elle-dune.html

Oui, c'est intéressant.
Mais, on ne sais jamais, JWST fournira peut-être des preuves moins indirectes de la validité de ce scénario, comme Lansberg le disait :

Ce qui rendrait le JWST encore plus extraordinaire, ce serait de voir des supernovæ de cette population.

Il faudrait évaluer la probabilité qu'un tel évènement se produise dans le (petit) champ du JWST durant une de ses campagnes d'observation, car elle est peut-être extrêmement faible (je n'en sais rien) et il faudrait alors une coïncidence extraordinaire.

Mais certains estiment aussi que le fait que le JWST ait permis de détecter autant de galaxies aussi lumineuses à z>10 dans un champ aussi petit est une coïncidence extraordinaire selon les modèles standards (de cosmologie, et de formation des galaxies)...

[Lansberg]

Il faudrait évaluer la probabilité qu'un tel évènement se produise dans le (petit) champ du JWST durant une de ses campagnes d'observation, car elle est peut-être extrêmement faible (je n'en sais rien) et il faudrait alors une coïncidence extraordinaire.

Comme les étoiles de population III devaient être de grosses étoiles (10 à 100 masses solaires voire plus), leur durée de vie était courte (ordre de grandeur 1 million à 100 millions d'années) et les supernovæ (ou hypernovæ) devaient être relativement fréquentes. Par contre est-ce que le JWST peut remonter jusque là (z surement compris entre 20 et 25) ? À voir.

[tezcatlipoca]

Comme les étoiles de population III devaient être de grosses étoiles (10 à 100 masses solaires voire plus), leur durée de vie était courte (ordre de grandeur 1 million à 100 millions d'années) et les supernovæ (ou hypernovæ) devaient être relativement fréquentes. Par contre est-ce que le JWST peut remonter jusque là (z surement compris entre 20 et 25) ? À voir.

Bonjour Lansberg,

Peut-être ne serait-il pas nécessaire de remonter à des redschift aussi élevés ?..
Dans divers papiers, on parle de la présence d'étoiles de population III aux alentours de 400 millions d'années après de Big Bang, or la galaxie JADES-GS-z13-0, justement à cette période, vient d'être découverte par NIRCam et confirmée par la spectroscopie NIRSpec du JWST.

Après, pour ce qui est de la probabilité d'observer une hypernovae, et malgré la pertinente remarque que tu fais au sujet de la courte durée de vie de ce type d'étoile, on reste encore un peu dans le vague...

[Lansberg]

Dans divers papiers, on parle de la présence d'étoiles de population III aux alentours de 400 millions d'années après de Big Bang...

Ça suppose des étoiles de faible masse. On va espérer !

[tezcatlipoca]

Bonjour,

Le JWST révèle les prémices de la formation d'un énorme amas de galaxies, très tôt dans l'histoire de l'Univers

https://www.nasa.gov/feature/goddard...galaxy-cluster

Le télescope spatial James Webb a commencé à faire la lumière sur une des premières phases de l'histoire de l'univers qui étaient jusqu'à présent été hors de portée : la formation et l'assemblage des galaxies. Pour la première fois, un proto-amas de sept galaxies a été confirmé à un redshift 7,9, soit à peine 650 millions d'années après le big bang. Sur la base des données recueillies, les astronomes ont calculé le développement futur de l'amas naissant, constatant qu'il augmentera probablement en taille et en masse pour ressembler à l' amas Coma , un colosse de notre univers moderne.

"Il s'agit d'un endroit très spécial et unique d'évolution accélérée des galaxies, et le JWST nous a donné la capacité inédite de mesurer les vitesses de ces sept galaxies et de confirmer en toute confiance qu'elles sont liées ensemble dans un proto-amas", indique Takahiro Morishita de l'Institut IPAC-California of Technology, l'auteur principal de l'étude publiée dans Astrophysical Journal Letters.

Les mesures précises obtenues par le spectrographe proche infrarouge du Webb ( NIRSpec ) ont été essentielles pour confirmer la distance des galaxies et les vitesses élevées auxquelles elles se déplacent dans un halo de matière noire à environ mille kilomètres par seconde.

Les données spectrales ont permis aux astronomes de modéliser et de cartographier le développement futur de ce groupe de galaxies, jusqu'à notre époque dans l'univers moderne.

La prévision selon laquelle le proto-amas ressemblera éventuellement à l'amas de Coma signifie qu'il pourrait certainement figurer parmi les groupes de galaxies les plus denses connues avec des milliers de membres.

https://www.nasa.gov/sites/default/f...?itok=3ASzPcvW

Il a été confirmé que les sept galaxies mises en évidence dans cette image du télescope spatial James Webb se trouvent à un redshift 7,9, soit 650 millions d'années après le big bang. Cela en fait les premières galaxies à être confirmées par spectroscopie dans le cadre d'un amas en formation.
Crédits : NASA, ESA, ASC, T. Morishita (IPAC). Traitement d'images : A. Pagan (STScI)

"Nous pouvons voir ces galaxies lointaines comme de petites gouttes d'eau de différentes rivières, et nous pouvons voir qu'elles finiront toutes par faire partie d'un unique grand et puissant fleuve", décrit Benedetta Vulcani de l'Institut national d'astrophysique en Italie, un autre membre de l'équipe de recherche.

Les amas de galaxies sont les plus grandes concentrations de masse dans l'univers connu, ce qui peut considérablement déformer le tissu de l'espace-temps lui-même. Cette déformation, appelée lentille gravitationnelle, peut avoir un effet grossissant pour les objets au-delà de l'amas, permettant aux astronomes de regarder comme à travers une loupe géante. L'équipe de recherche a pu utiliser cet effet, en regardant à travers l'amas de Pandore pour voir le proto-amas. Même les puissants instruments du Webb ont besoin d'une aide de la nature pour voir si loin.

Explorer comment de grands amas comme Pandora et Coma se sont réunis pour la première fois a été difficile, en raison de l'expansion de l'univers qui décale la lumière au-delà des longueurs d'onde visibles dans l'infrarouge, où les astronomes manquaient de données à haute résolution avant le JWST. Les instruments infrarouges de celui-ci ont été développés spécifiquement pour combler ces lacunes quand il s'agit d'observer les débuts de l'histoire de l'univers.
Les sept galaxies confirmées avaient d'abord été classées comme candidates dans l'observation à l'aide des données du programme Frontier Fields du télescope spatial Hubble. Le programme a consacré du temps de Hubble aux observations utilisant la lentille gravitationnelle, pour observer en détail des galaxies très éloignées. Cependant, comme Hubble ne peut pas détecter la lumière au-delà du proche infrarouge, il n'y a que peu de détails qu'il pouvait voir. Le JWST a repris l'étude, se concentrant sur les galaxies repérées par Hubble et rassemblant des données spectroscopiques détaillées en plus de l'imagerie.

L'équipe de recherche prévoit que la future collaboration entre Webb et le télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA , une mission d'étude à haute résolution et à champ large, donnera encore plus de résultats sur les premiers amas de galaxies. Avec 200 fois le champ de vision infrarouge de Hubble en un seul coup, Roman sera en mesure d'identifier davantage de candidats proto-amas de galaxies , que le Webb pourra étudier pour confirmation avec ses instruments spectroscopiques. La mission N.G.Roman est actuellement prévue pour un lancement en mai 2027.

"La science que nous pouvons rêver de faire est incroyable, maintenant que nous avons le Webb", déclare Tommaso Treu de l'Université de Californie à Los Angeles, membre de l'équipe de recherche du proto-amas. "Avec ce dernier, constitué de sept galaxies, à cette grande distance, nous avons eu un taux de confirmation spectroscopique de cent pour cent, démontrant le potentiel futur de cartographie de la matière noire et de la détermination chronologique du développement précoce de l'univers."

[yves95210]

Bonjour tezcatlipoca, et merci pour cette nouvelle qui me semble particulièrement intéressante.

[yves95210]

Bonjour,

Une article prépublié sur arxiv (signalé par Peter Coles sur son blog) montre que les galaxies détectées par le JWST à z>10 et confirmées par spectroscopie sont compatibles avec les résultats des simulations 'Renaissance'. Il s'agit d'un ensemble de simulations à haute résolution conçues pour modéliser la formation des galaxies durant les premières centaines de millions d'années de l'univers dans le modèle ΛCDM (voir la description de ces simulations dans l'article).

La galaxie la plus massive est représentée dans chacune des régions Rarepeak (RP, orange), Normal (bleu) et Void (vert). Les six symboles en forme d'étoile identifient les galaxies JADES et CEERS en indiquant leur masse stellaire et le décalage vers le rouge auquel elles ont été identifiées par spectroscopie. Les galaxies les plus massives dans les régions RP et Normale sont en excellent accord avec les observations de JADES et CEERS.
La région ombrée indique l'extrapolation des masses stellaires basée sur l'histoire du SFR (Stellar Formation Rate) de la galaxie concernée. La région est délimitée en haut par un taux de formation stellaire spécifique de 10^-7 an^-1 et en bas par un SFR de 10^-9 an^-1. La ligne en pointillé représente une masse extrapolée sur la base d'un SFR de 10^-8 an^-1.
Enfin, nous traçons en lignes noires pleines la valeur d'espérance de trouver une galaxie d'une masse stellaire donnée à un redshift donné dans un champ de vision comparable à celui du NIRCam. Pour cela, nous supposons une masse de gaz correspondant à la fraction baryonique et une efficacité de formation d'étoiles (SFE) de 0,1 en utilisant la fonction de masse du halo de Sheth-Tormen (Sheth & Tormen 1999) comme cadre sous-jacent. Tous les halos JADES, CEERS et Renaissance sont cohérents avec les prédictions de ΛCDM de trouver au moins un halo avec ces masses stellaires dans ce volume. Voir le texte pour plus de détails sur la cohérence par rapport aux prédictions du ΛCDM.

Remarque :

La complexité informatique de la suite Renaissance fait que l'évolution de ces simulations jusqu'à aujourd'hui est totalement irréalisable. C'est pourquoi la simulation de la région RP a évolué jusqu'à z = 15, la simulation de la région 'Normal' à z = 11,6 et la région 'Void' à z = 8. Comme certains des résultats de JADES et CEERS se situent à des redshifts un peu plus faibles (par rapport aux simulations RP et Normal), nous extrapolons nos résultats jusqu'aux redshifts spectroscopiques de JADES et CEERS dans certains cas.

[tezcatlipoca]

Bonjour,

Un comité d'attribution sélectionne ce que le JWST observera pendant sa deuxième année d'exploitation.
Cette information concerne bien entendu l'ensemble des domaines que le JWST explore, à savoir l'Univers primitif, l'exoplanétaire, notre système solaire et les etudes stellaires et galactiques. Je poste dans ce topic car c'est le plus lu turlututu .

https://blogs.nasa.gov/webb/2023/05/...observes-next/

Traduction automatique corrigée :

À propos de l'auteur :

Christine Chen est astronome associée au bureau de mission scientifique du Space Telescope Science Institute. Elle dirige le groupe de politique scientifique du JWST qui lance des appels à propositions à la communauté astronomique pour mener des recherches à l'aide du JWST et organise un examen en double aveugle par les pairs, pour la sélection (finalisée le 5 mai) des propositions soumises par la communauté astronomique.

Cette semaine, les astronomes du monde entier célèbrent l'annonce du prochain cycle d'observations du JWST. Nous avons demandé à Christine Chen, astronome associée et responsable du groupe des politiques scientifiques du JWST au Space Telescope Science Institute, de décrire le processus de sélection pour déterminer les cibles que le Webb observera.

"Le 10 mai, le Space Telescope Science Institute (STScI) , le centre des opérations scientifiques du télescope spatial James Webb de la NASA, a annoncé officielement le programme scientifique du cycle 2 , concernant la deuxième année d'opérations. Cette annonce a été l'aboutissement d'un processus d'examen par les pairs pour sélectionner les programmes les plus convaincants sur le plan scientifique, qui avait commencé par la soumission de propositions d'observation et d'archivage le 27 janvier.

"Pour chaque année d'opérations régulières, STScI prévoit de lancer un appel à propositions d'observateurs généraux et d'archives de la communauté astronomique internationale pour solliciter des idées pour de nouvelles observations et études d'archives à exécuter dans l'année à venir. Les propositions d'archives demandent une analyse des observations déjà existantes, de développer des modèles théoriques pour interpréter les observations et/ou développer un logiciel scientifique en but de faciliter l'analyse des données. Pour le cycle 2, un nombre record de 1 600 propositions ont été soumises par plus de 5 450 scientifiques de 52 pays, dont les États-Unis, les États membres de l'ESA et le Canada. Les propositions couvraient tous les sujets en astronomie et astrophysique, pour les corps du système solaire, des exoplanètes, des supernovae, de la fusion des étoiles à neutrons, des galaxies proches et lointaines, des trous noirs supermassifs au centre des galaxies et de la structure à grande échelle de l'univers.

« Pour sélectionner les programmes qui seront exécutés, STScI recrute des centaines de membres de la communauté astronomique internationale pour siéger au comité d'allocation des temps de télescope (TAC). Chaque évaluateur est affecté à un panel thématique reflétant son expertise scientifique. Le processus d'examen par les pairs est mené de manière à ce que les proposants ne sachent pas qui examine les propositions et que les examinateurs ignorent qui a rédigé les propositions, un processus appelé Dual-Anonymous Peer Review (DAPR) . STScI a institué le DAPR en 2016 pour soutenir le TAC du cycle 26 du télescope spatial Hubble et a constaté que le DAPR a réduit une disparité précédemment observée dans le taux de sélection des propositions pour les chercheurs masculins et féminins.

« Une fois les propositions soumises, le STScI JWST trie les propositions par type et/ou demande de temps de telescope, et par domaine scientifique. Les très petites propositions sont notées de manière asynchrone par des chercheurs externes, tandis que les programmes plus importants sont examinés par des panels de discussion. Chaque panel reçoit une allocation de temps de télescope, pour laquelle il peut recommander des programmes d'observation.
"Les examinateurs sont invités à noter chaque proposition en fonction de trois critères : (1) l'impact dans le sous-domaine, (2) l'impact hors du champ et (3) l'adéquation avec le télescope. Pour les panels externes, les propositions sont classées directement à l'aide des notes données. Pour les groupes de discussion, les propositions sont d'abord triées à l'aide des notes car il n'y a pas assez de temps pour discuter de toutes les propositions soumises. Lors de la réunion du TAC, les panélistes examinent les atouts et les faiblesses de toutes les propositions qui subsistent à ce premier triage, puis priorisent chaque proposition. Celles qui sont le mieux classées sont recommandées pour l'attribution du temps de télescope et/ou de financement.

« Pour cette mission, le directeur du STScI est le responsable de l'affectation. Par conséquent, toutes les recommandations du TAC restent consultatives pour le directeur. Une fois que le directeur a approuvé les programmes, STScI informe les proposants du résultat de leurs propositions et commence la mise en œuvre des observations attribuées.

Le programme du cycle 2 sélectionné qui vient d'être annoncé concerne de nombreuses données scientifiques passionnantes et révolutionnaires. Vous pouvez en savoir plus sur les domaines de recherche et les questions auxquelles devrait répondre les observations avec le Webb en lisant les résumés des programmes sélectionnés. Finalement, toutes les observations des programmes approuvés deviendront accessibles au public dans les archives, permettant peut-être de nouvelles découvertes qui n'auraient pas été prévues par les auteurs originaux.