Une étude du JWST établit un lien entre les Little Red Dots et de jeunes galaxies compactes

Les astronomes qui étudient les mystérieux Little Red Dots du télescope spatial James Webb ont délaissé l’attention portée aux centres brillants de ces objets pour se concentrer sur les galaxies qui les entourent. Leur analyse suggère que ces points se trouvent à l’intérieur de galaxies exceptionnellement compactes et relativement peu massives, qui produisent activement des étoiles.

Ces résultats, rapportés par Space.com, pourraient contribuer à expliquer pourquoi ces objets apparaissent dans l’Univers jeune, mais ne sont plus observés lorsque le cosmos atteint environ deux milliards d’années. Les travaux ont été publiés dans Nature Astronomy à la fin du mois d’août.

Une énigme venue de l’Univers jeune

Les Little Red Dots, ou LRD, sont de petites sources lointaines identifiées dans les observations du JWST. Leur apparence compacte et leur forte luminosité ont conduit les chercheurs à débattre de ce qui les alimente. Parmi les possibilités figurent des trous noirs en croissance rapide, des épisodes intenses de formation stellaire, ou une combinaison des deux.

Jorge Zavala, de l’Université du Massachusetts à Amherst et membre de l’équipe de recherche, a déclaré à Space.com que les astronomes n’avaient pas trouvé d’objets ressemblant aux LRD dans l’Univers proche. Cela soulève la possibilité qu’ils représentent une étape temporaire du développement des galaxies ou des trous noirs, plutôt qu’une classe permanente d’objets cosmiques.

La plupart des travaux antérieurs se concentraient sur la source centrale de rayonnement, car elle domine la lumière détectée pour chaque LRD. Ce cœur brillant, parfois décrit comme le moteur central de l’objet, est également la partie dont la nature physique demeure incertaine. La galaxie environnante est beaucoup plus faible, ce qui la rend difficile à examiner séparément.

La nouvelle étude s’est appuyée sur des images du JWST de 217 LRD afin de rechercher cette faible émission environnante. Les chercheurs interprètent cette lumière ténue comme la lumière des étoiles des galaxies qui hébergent les objets compacts. L’étude de ces galaxies hôtes permet de déterminer si les LRD sont associés à des conditions ou à des environnements galactiques particuliers, plutôt que de se manifester indépendamment de leur environnement.

Des galaxies compactes où la formation stellaire est active

À partir de la lumière des galaxies hôtes, l’équipe a estimé les dimensions et les masses stellaires typiques de ces systèmes. Les galaxies semblent mesurer environ 1,400 années-lumière de diamètre. Comparées à d’autres galaxies formant des étoiles observées à une distance similaire et durant la même période de l’Univers jeune, elles sont environ 2,5 fois plus compactes.

Les galaxies hôtes semblent également contenir relativement peu d’éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium. Les astronomes désignent collectivement ces éléments plus lourds sous le terme de métaux, qu’ils soient ou non métalliques au sens courant. Une faible métallicité est attendue dans les systèmes cosmiques plus jeunes, avant que des générations successives d’étoiles n’aient enrichi leur environnement.

Pris ensemble, les dimensions compactes, la formation stellaire active et la faible métallicité indiquent des galaxies aux densités particulièrement élevées. De telles conditions pourraient favoriser de puissantes vagues de naissance d’étoiles. Zavala a déclaré à Space.com que cela soulève la possibilité que le phénomène des LRD soit lié à une activité intense de formation stellaire, voire qu’il soit produit par celle-ci.

Ce résultat ne permet pas de déterminer si un trou noir ou les étoiles constituent la principale source d’énergie d’un LRD. Il fournit toutefois aux chercheurs un lien possible entre ces objets et l’état physique de leurs galaxies hôtes. Les environnements denses pourraient également étayer les hypothèses impliquant des étoiles extrêmement massives, soit comme contributrices à l’émission centrale observée, soit comme précurseurs possibles de trous noirs.

Ce que les prochaines observations pourraient révéler

Les chercheurs affirment que les travaux actuels constituent un indice important, mais pas une explication complète. Des questions subsistent : chaque galaxie ou chaque trou noir passe-t-il par une phase semblable à celle des LRD, que deviennent finalement ces objets et privilégient-ils des régions particulièrement denses de l’Univers ? On ignore également si des conditions inhabituelles liées à la matière noire jouent un rôle.

L’une des difficultés consiste à séparer la lumière de la galaxie hôte de celle du moteur central. L’étude s’est appuyée sur la photométrie, qui mesure la quantité de lumière observée. De futurs travaux pourraient utiliser la spectroscopie, qui répartit cette lumière selon ses différentes longueurs d’onde. Comme différentes molécules absorbent et émettent à des longueurs d’onde caractéristiques, la spectroscopie pourrait révéler la température, la composition et d’autres propriétés physiques du gaz présent dans les galaxies hôtes.

La disparition apparente des LRD dans l’Univers plus tardif pourrait également avoir une explication chimique. Les galaxies proches ont généralement connu des milliards d’années d’évolution, laissant leur gaz davantage enrichi en éléments lourds. Ces conditions modifiées pourraient rendre les processus associés aux LRD moins probables ou plus difficiles à identifier.

Une autre approche consisterait à rechercher des galaxies proches qui ressemblent aux galaxies hôtes de l’Univers jeune. Leur proximité relative permettrait aux chercheurs d’examiner leur structure et leur composition chimique avec davantage de précision. Cette entreprise nécessiterait des observations dans plusieurs longueurs d’onde et des données provenant de différents télescopes.

Pour l’instant, le JWST a fourni des éléments montrant que les galaxies entourant les Little Red Dots pourraient être au cœur de l’énigme. Comprendre ces faibles galaxies hôtes pourrait révéler si les LRD sont principalement la signature de la croissance de trous noirs, la conséquence éphémère de flambées de formation stellaire, ou une étape façonnée par les deux.