Des étoiles peu lumineuses pourraient alourdir considérablement les galaxies de l’Univers jeune

Ces étoiles naines sont peu brillantes et modifient donc relativement peu l’éclat total d’une galaxie. En revanche, leur nombre élevé augmente fortement sa masse stellaire. Les estimations fondées sur une IMF semblable à celle de la Voie lactée peuvent ainsi sous-évaluer la quantité réelle de matière enfermée dans les étoiles.

L’effet est particulièrement marqué pour les deux objets les plus anciens de l’échantillon, considérés comme les descendants directs de galaxies exceptionnellement matures observées par le JWST dans l’Univers primordial. En appliquant l’IMF mesurée, les chercheurs obtiennent des masses stellaires trois à quatre fois supérieures aux estimations précédentes.

Une tension accrue pour les modèles de formation des galaxies

L’une de ces populations stellaires se serait probablement formée moins de 1,5 milliard d’années après le Big Bang. Si l’IMF était déjà aussi riche en étoiles peu massives au moment de sa formation, la galaxie ancêtre devait réunir encore plus de masse stellaire, et à un rythme encore plus rapide, que ne le suggéraient les estimations antérieures.

Le JWST avait déjà confirmé l’existence de galaxies massives et quiescentes à des époques très reculées. L’une d’elles, GS-9209, est observée à un décalage vers le rouge de 4,658, soit environ 1,25 milliard d’années après le Big Bang. Leur assemblage rapide mettait déjà les modèles de formation des galaxies à rude épreuve. Une masse réelle plus élevée renforce cette tension au lieu de la résoudre.

Il faut toutefois distinguer le résultat mesuré de l’extrapolation : l’IMF a été déterminée de manière robuste pour les neuf galaxies à z≈0,7. Le lien avec les systèmes dits « impossiblement précoces », observés quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, reste une hypothèse à tester ; il ne s’agit pas encore d’une mesure directe de l’IMF dans des galaxies à z≳10.

Davantage d’étoiles, et peut-être davantage de planètes

Si une formation stellaire à bas de pente était courante dans l’Univers jeune, celui-ci aurait produit davantage d’étoiles légères et à longue durée de vie que ne le supposent les modèles fondés sur une IMF proche de celle de la Voie lactée. Ces étoiles constituent les principaux hôtes potentiels de planètes : le nombre théorique de systèmes planétaires formés tôt dans l’histoire cosmique pourrait donc être revu à la hausse.

Cette étude ne mesure cependant pas directement la fréquence des planètes. La prochaine étape consistera à appliquer la même méthode — des spectres très profonds couvrant une large portion du spectre dans le référentiel de la galaxie — à des objets situés à des redshifts de plus en plus élevés. Les chercheurs chercheront ainsi à déterminer si l’excès d’étoiles peu massives caractérisait aussi les toutes premières galaxies, jusqu’à l’époque proche de la naissance des premières étoiles.