Ces nanodiamants observés par le James-Webb intriguent sur les débuts de l'Univers - Futura

La présence de ces différents états du carbone surprend dans des galaxies observées moins d'un milliard d'années après le Big Bang.

Non content de mettre au jour des galaxies toujours plus proches de la naissance de l’Univers, le télescope spatial James Webb nous révèle désormais ce qu’elles contiennent. Et pour la première fois, une équipe de recherche internationale, dirigée par l’Université de Cambridge (Royaume-Uni), a mis en évidence la présence de carbone au sein de ces galaxies observées moins d’un milliard d’années après le Big Bang. Il pullulerait sous la forme de poussières de graphite et de diamant, selon ces travaux publiés dans la revue Nature.

Des microdiamants formés dans des supernovæ

"Les grains de poussière riches en carbone absorbent la lumière ultraviolette d’une longueur d'onde d'environ 217,5 nanomètres, que nous avons pu observer pour la première fois directement dans le spectre des galaxies très jeunes", explique l'auteur principal de la publication, Joris Witstok, de l’Institut de Cosmologie de Cambridge. Cette signature spectroscopique correspond toutefois à deux types de molécules : le graphite et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)… Sur Terre, les HAP (comme le pyrène ou le naphtalène) sont produits par exemple lors de la combustion du charbon ou du pétrole. Ce sont des molécules relativement sophistiquées, que l’on trouve aussi en abondance dans l’espace, mais bien plus proche de nous, dans la Voie lactée par exemple. Or, il paraît complètement exclu que des HAP aient eu le temps de se former si tôt dans l’Univers. Ce sont donc sans aucun doute des grains de graphite, mêlés à de la poussière de diamant, un autre état du carbone.

Des étoiles "à la James Dean" vivent vite et meurent tôt

"Du carbone et alors ?", serait-on tenté de dire. C’est peut-être un détail pour nous, mais pour les astrophysiciens, ça veut dire beaucoup. Car un atome de carbone, composé de six protons et autant de neutrons dans sa forme courante, se fabrique dans les étoiles. Ces astres sont de véritables forges à atomes, fusionnant les noyaux entre eux pour en faire de toujours plus gros. Les étoiles commencent par fusionner de l’hydrogène, puis de l’hélium, et ainsi de suite jusqu’au fer. Ensuite, selon leur masse, elles explosent en supernova, ce qui engendre des noyaux plus lourds encore, comme l’or, et dissémine toute la production d’atomes dans l’espace. Elles génèrent aussi des nanodiamants, selon les modèles.

Mais fabriquer ainsi des atomes prend du temps. La durée de vie d’une étoile dépend de sa masse, mais elle atteint facilement 10 milliards d’années. Or, le James Webb montre qu’en seulement un milliard d’années, des étoiles ont eu le temps de vivre et de mourir, en enrichissant le milieu interstellaire de carbone. Les chercheurs ont toutefois une idée pour expliquer une telle précocité : les étoiles de type "Wolf-Rayet". Ces astres "à la James Dean" brillent intensément et meurent jeunes, après seulement quelques millions d’années d’activité. Cela expliquerait que des générations d'étoiles aient eu le temps de se succéder pour former des atomes comme le carbone, et les distribuer ensuite dans la poussière cosmique environnante. Cela reste une hypothèse, qui ne dispensera pas les chercheurs de remettre en cause leurs modèles de formations de poussières, afin de rendre compte de cette extraordinaire efficacité du jeune Univers à fabriquer des atomes.

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