James-Webb capte une lumière sans source : pourquoi aucune explication ne s’impose

Qu’a capté James-Webb, exactement ?

Une raie d’émission : de la lumière concentrée sur une seule longueur d’onde, ici 1,60 micromètre, dans l’infrarouge proche. Le spectrographe NIRSpec l’a enregistrée le 23 août 2023, puis le 19 novembre 2023, sous deux angles de vue et dans quatre positions du télescope. D’ordinaire, une raie trahit un gaz précis, et sa position dit à quelle distance il se trouve. Sauf qu’une raie seule, privée de ses voisines habituelles, ne dit pas de quel gaz il s’agit.

Comment trouver un objet qu’on ne cherchait pas ?

NIRSpec observe en principe des cibles choisies à l’avance : de minuscules volets s’ouvrent devant les galaxies connues et restent fermés ailleurs. La méthode MOCSS, décrite par la même équipe, fait l’inverse. Au moins 90 % des volets s’ouvrent, et seuls se ferment ceux qui laisseraient passer la lumière d’objets brillants déjà répertoriés. Ce premier essai a livré 22 galaxies à raies d’émission, dont 18 sans distance mesurée jusque-là. Sur 42 raies candidates, 21 par orientation, 7 se retrouvaient sous les deux angles de vue.

Pourquoi parle-t-on d’un coin « vide » du ciel ?

Parce qu’on l’a regardé longtemps. Hubble a fixé ce carré de ciel, large d’un dixième du diamètre de la pleine Lune, pendant 11,3 jours répartis sur 400 orbites, entre septembre 2003 et janvier 2004. L’image compte près de 10 000 galaxies, selon l’Agence spatiale européenne. James-Webb y est revenu en octobre 2022 avec le relevé JADES, bien plus sensible dans l’infrarouge. À l’emplacement du signal : rien.

La raie seule aurait dû suffire à faire apparaître un point sur les images de 2022 : son éclat attendu dépasse d’environ 20 % le seuil de détection de JADES. Soit la source n’existait pas encore en octobre 2022, et il s’agit d’un phénomène passager. Soit elle sort des normes connues.

Qu’est-ce que ça pourrait être ?

Tout dépend du gaz qui a émis la raie : hydrogène ou oxygène, dans une galaxie plus ou moins lointaine. Selon l’hypothèse retenue, cette lumière a voyagé de 9,4 à 13,4 milliards d’années avant d’atteindre le télescope.

Aucune piste galactique ne passe sans forcer. Pour la plus lointaine, l’hydrogène neutre de l’Univers jeune aurait même dû absorber la lumière, sauf bulle de gaz ionisé autour de la source.

Restent les phénomènes passagers, compatibles avec une source apparue après 2022. L’éruption d’une étoile de notre galaxie est écartée : une raie sœur attendue à 1,64 micromètre manque. Une supernova enfouie dans la poussière reste possible, tout comme une étoile déchirée par un trou noir, car certains de ces événements évoluent sur plusieurs mois. Un noyau de galaxie actif en train de s’éteindre figure aussi parmi les pistes. « Quelle que soit sa vraie nature, cet objet est très inhabituel et sonde des conditions physiques extrêmes », concluent les auteurs.

Et si c’était un défaut de l’instrument ?

Non : un défaut du détecteur ne réapparaîtrait pas au même point du ciel sous deux angles de vue et dans quatre positions du télescope. Son éclat, stable sur 88 jours, plaide aussi contre un objet du Système solaire, qui se serait déplacé.

Que va-t-il se passer maintenant ?

Les auteurs jugent utile un nouveau passage de James-Webb en spectroscopie à champ intégral. Ce mode de NIRSpec prend d’un coup le spectre du point mystère et celui des trois galaxies situées à moins d’une seconde d’arc. Un spectre plus profond pourrait révéler d’autres raies et fixer enfin la distance. L’étude n’annonce aucun calendrier d’observation.

En 2013, une équipe signalait déjà une raie à peine visible vers 1,6 micromètre dans ce même champ, sur la galaxie candidate UDFj-39546284, et penchait pour une galaxie bien moins lointaine. Cette galaxie, rebaptisée JADES-GS-z11-0, s’est révélée très lointaine : James-Webb a mesuré en 2024 son décalage spectral à 11,12.