Sextans A. Cette galaxie est située à environ 4 millions d'années-lumière de la Terre. Assez près donc, pour être relativement facile à étudier. Et cela tombe vraiment bien, parce qu'elle est aussi une galaxie naine. Elle ne mesure pas plus de 5 000 années-lumière de diamètre. Notre Voie lactée, par exemple, est environ 20 fois plus grande. Cette toute petite taille empêche Sextans A de retenir gravitationnellement des éléments lourds. Comme le fer ou l'oxygène. La galaxie affiche ainsi une métallicité (comprenez, une concentration en éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium) de l'ordre de seulement 3 à 7 % celle du Soleil. Un peu comme c'était le cas de l'Univers primordial. Juste après le Big Bang. Avant que les étoiles n'aient eu le temps d'enrichir l'espace en métaux. Ce qui fait de Sextans A, une sorte de modèle susceptible d'aider les astronomes à interpréter les observations faites sur des galaxies bien plus lointaines par le télescope spatial James-Webb (JWST).

À l'occasion de la 247^e réunion de l'American Astronomical Society qui se tient cette semaine à Phoenix (États-Unis), des chercheurs ont justement présenté des résultats qu'ils ont obtenus après avoir étudié Sextans A avec le JWST. La découverte de poussière de fer métallique et de carbure de silicium (SiC), produits par des étoiles vieillissantes, ainsi que de minuscules amas de molécules à base de carbone. Des résultats inattendus parce que les chercheurs pensaient jusqu'ici qu'il devrait être bien difficile à un Univers ne contenant qu'une fraction des éléments lourds actuels, de former des grains de poussière solides.

Former de la poussière sans les ingrédients de base

Dans l'Astrophysical Journal, les astronomes détaillent comment ils ont braqué le spectromètre basse résolution embarqué à bord du télescope James-Webb (Miri) sur une demi-douzaine d'étoiles à un stade très avancé de leur évolution. De quoi leur permettre d'en obtenir les signatures chimiques. À leur grand étonnement, les chercheurs y ont trouvé « une étoile formant des grains de poussière composés presque entièrement de fer. Un phénomène inédit pour des étoiles analogues à celles de l'Univers primordial ».

Le JWST a aussi révélé la présence de carbure de silicium. Pour comprendre pourquoi la découverte déstabilise le monde de l'astronomie, il faut savoir qu'il est généralement admis que les silicates (comprenez la poussière habituellement formée par les étoiles riches en oxygène) nécessitent des éléments comme le silicium et le magnésium pour se former. Or, ils sont quasiment absents de Sextans A. Le communiqué de la Nasa donne une comparaison qui parle : « Ce serait comme essayer de faire des cookies sans farine, sans sucre et sans beurre ».

« La poussière dans l'Univers primordial devait être très différente des grains de silicate que nous observons aujourd'hui, explique Martha Boyer, astronome au Space Telescope Science Institute (États-Unis). Ces grains de fer absorbent efficacement la lumière, mais ne laissent pas de signature spectrale nette et peuvent contribuer aux vastes réservoirs de poussière observés dans les galaxies lointaines détectées par le télescope Webb ».

Ici, le spectre d’une étoile géante de la galaxie Sextans A appartenant à la branche asymptotique des géantes (AGB). Il illustre les quantités de lumière infrarouge proche et moyen détectées par le télescope spatial James-Webb à différentes longueurs d’onde. La courbe cyan et la courbe rouge en pointillés représentent les modèles d’ajustement optimal du spectre, correspondant respectivement à une poussière majoritairement dépourvue de silicates et à une poussière contenant au moins 5 % de silicates. Les données du télescope Webb, représentées par une courbe jaune et des triangles orange, correspondent le mieux à une poussière presque dépourvue de silicates, notamment dans la région spectrale des 10 microns. © Nasa, ESA, CSA, STScI, Joseph Olmsted (STScI)

De minuscules amas de molécules organiques

Dans une autre étude qui attend encore sa relecture par des pairs, les chercheurs racontent la découverte au cœur de Sextans A, toujours grâce au JWST, d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). En d'autres mots, de molécules complexes à base de carbone. Les plus petits grains de poussière qui émettent une luminescence infrarouge. Une nouvelle surprise pour une galaxie d'aussi faible métallicité. Toutefois, contrairement à l'émission diffuse et étendue des HAP que les astronomes ont l'habitude de voir dans les galaxies riches en métaux, le télescope James-Webb montre ici la présence d'HAP dans de minuscules poches denses de seulement quelques années-lumière de diamètre. Probablement des régions où la densité du gaz et l'effet de la poussière sont suffisamment élevés pour permettre la formation et la croissance de ces hydrocarbures aromatiques polycycliques. L'équipe a prévu de les étudier plus en détail grâce à la spectroscopie à haute résolution.

Mais ces résultats prouvent d'ores et déjà qu'il existait, dans l'Univers tel qu'il se présentait juste après le Big Bang, des mécanismes de production de poussière plus diversifiés que les méthodes plus connues que sont, notamment, les explosions de supernovae. Et que malgré la faible métallicité qui y régnait, on y trouvait pas mal de poussières. « Chaque découverte dans Sextans A nous rappelle que l'Univers primordial était plus ingénieux que nous ne l'imaginions, conclut Martha Boyer. De toute évidence, les étoiles ont trouvé le moyen de créer les éléments constitutifs des planètes bien avant l'existence de galaxies comme la nôtre ».