Des chercheurs résolvent le mystère des « petits points rouges » capturés par le télescope spatial James Webb de la NASA.

Dans une étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters, les auteurs Fabio Pacucci et Abraham (Avi) Loeb du Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian ont proposé une nouvelle explication pour certaines des galaxies primitives les plus énigmatiques de l'univers, connues sous le nom de « petits points rouges ». Ils suggèrent que ces galaxies sont le résultat de halos de matière noire en rotation très lente, une structure cosmique extrêmement rare.

Ces objets compacts et faibles, découverts dans des images de l'espace lointain prises par le télescope spatial James Webb (JWST) , ont remis en question la compréhension scientifique de la formation des galaxies et des trous noirs dans l'univers primitif.

Ces galaxies étaient principalement visibles lorsque l'univers n'avait qu'un milliard d'années, mais elles se sont probablement formées bien plus tôt, selon Pacucci, à une époque connue sous le nom d'aube cosmique. Bien qu'elles représentent environ un dixième de la taille des galaxies classiques, les observations astronomiques révèlent une luminosité inhabituelle. Les astronomes pensent que leur couleur rouge éclatante suggère qu'elles sont enveloppées de poussière ou remplies d'étoiles plus anciennes.

Pendant des années, les astronomes ont débattu de la question de savoir si la lumière que nous observons en provenance de ces objets est générée par des étoiles ou par des trous noirs supermassifs centraux.

« Les petits points rouges sont des galaxies rouges lointaines et très compactes, totalement indétectables avant le télescope spatial James Webb », a déclaré Pacucci dans un communiqué. Il s'agit sans doute de la découverte la plus surprenante du JWST à ce jour. Nos travaux montrent qu'elles pourraient se former naturellement dans des halos de matière noire à très faible spin.

« C'est un mystère fondamental », a déclaré Pacucci. « Si elles contiennent des trous noirs, elles sont énormes pour des galaxies aussi petites. Mais si elles ne contiennent que des étoiles, les galaxies sont trop compactes pour toutes les contenir, atteignant des densités stellaires centrales inimaginables. » Plutôt que de se concentrer sur l'énergie alimentant les points brillants, Pacucci et Loeb ont adopté une approche différente : ils ont examiné comment ces objets ont pu se former.

Les halos de matière noire sont l'échafaudage invisible et rotatif autour duquel se forment les galaxies. Dans leur article, les auteurs montrent que des points brillants se forment dans les halos situés dans le 1 % inférieur de la distribution de spin . Autrement dit, 99 % des halos tournent plus vite que ceux-ci. Ces halos à faible spin créeraient naturellement des galaxies extrêmement compactes. À l'instar des balançoires d'une fête foraine, plus le halo tourne vite, plus il s'étire, provoquant l'expansion de la galaxie en formation en son centre ; de même, une rotation lente, ou spin, réduit le rayon des balançoires.

Cette hypothèse explique également pourquoi les points brillants sont relativement rares : ils ne représentent que 1% de l'abondance des galaxies typiques, mais sont plus fréquents que les quasars, ces trous noirs supermassifs extrêmement brillants qui brillent au centre de certaines galaxies.

Cela permet également de comprendre pourquoi les points lumineux ne sont observés que pendant une brève période de quelques milliards d'années dans l'univers primitif. À mesure que l'univers évolue, les halos de matière noire s'agrandissent et acquièrent un moment angulaire plus important, ce qui rend difficile la formation de galaxies compactes à faible rotation .

« Les halos de matière noire sont caractérisés par une vitesse de rotation : certains tournent très lentement, tandis que d’autres tournent plus rapidement », explique Loeb. « Nous démontrons que si l’on suppose que les petits points rouges se situent généralement dans le premier percentile de la distribution de spin des halos de matière noire, toutes leurs propriétés observationnelles sont expliquées . »

Bien que l'article ne précise pas si les petits points rouges sont alimentés par des étoiles ou des trous noirs, il suggère qu'ils constituent des environnements idéaux pour une croissance rapide des étoiles ou des trous noirs : « Les halos à faible spin ont tendance à concentrer la masse au centre, facilitant l'accrétion de matière par un trou noir ou la formation rapide d'étoiles », conclut Pacucci.