Neuf galaxies massives, figées depuis des milliards d'années, viennent de livrer un secret de fabrication : elles cachent des foules de petites étoiles que personne ne voyait. Une équipe menée par l'Observatoire de Leiden (Mariska Kriek), avec le télescope James-Webb et le Very Large Telescope du Chili, montre que ces galaxies pèsent jusqu'à 4 fois plus lourd que les estimations précédentes. De quoi rendre l'énigme des premières galaxies « impossibles » encore plus corsée.
Neuf galaxies passées au crible, un verdict sans appel
Publiée le 18 août 2026 dans Nature Astronomy, l'étude dirigée par Chloe Cheng et supervisée par Mariska Kriek cible neuf galaxies dites « quiescentes » : des géantes qui ont arrêté de former des étoiles il y a des milliards d'années. Leur lumière a voyagé près de 6 milliards d'années avant de nous parvenir : nous les voyons telles qu'elles étaient 6,5 milliards d'années après le Big Bang. En chemin, l'expansion de l'Univers a étiré la lumière vers le rouge : c'est ce décalage vers le rouge que les astronomes résument avec la lettre z (ici z ≈ 0,7).
Pourquoi ce choix ? Parce qu'une galaxie éteinte concentre une population stellaire vieille et calme, idéale pour compter les étoiles. Le programme JWST-IMFERNO a cumulé 31,2 heures d'observation avec NIRSpec, le spectrographe de Webb qui découpe la lumière en ses couleurs, pour produire des spectres ultra-profonds : des poses si longues que les empreintes les plus faibles finissent par apparaître. Les archives du relevé LEGA-C du VLT, une grande campagne d'observation déjà menée depuis le Chili, complètent le tableau. Résultat : pour la première fois, les astronomes ont pu estimer la proportion de petites étoiles dans des galaxies aussi lointaines.
Le problème de l'IMF, le « compteur d'étoiles » des astronomes
Pour peser une galaxie, on additionne ses étoiles. Le hic : on ne voit que les brillantes. Les naines rouges, ces étoiles petites et discrètes, forment l'essentiel du comptage : la Voie lactée compte environ 200 milliards d'étoiles, et la plupart sont des naines rouges. Trop faibles pour être détectées une à une, elles échappent même à Webb. Les astronomes estiment donc leur nombre à partir d'une recette statistique : la fonction de masse initiale (IMF), qui décrit combien d'étoiles naissent petites et combien naissent géantes.
Le problème, c'est que cette recette était jusqu'ici universelle. On l'appliquait partout, calquée sur la Voie lactée. L'étude de Leiden montre que cette hypothèse est fausse pour les géantes de l'Univers jeune : la recette y sous-estime gravement le nombre de petites étoiles.
Comment débusquer l'invisible
La méthode repose sur la spectroscopie : décomposer la lumière de chaque galaxie en ses couleurs constitutives. Les géantes rouges et les naines rouges n'impriment pas les mêmes empreintes dans le spectre, car leur surface n'a ni la même température ni la même gravité. Trois signatures dans le proche infrarouge, la lumière invisible au-delà du rouge, font foi : les bandes Na I (8 180 Å), CaT (8 475 à 8 725 Å) et la bande de Wing-Ford (9 905 à 9 945 Å), des longueurs d'onde exprimées en ångströms, l'unité avec laquelle on mesure les couleurs de la lumière. La dernière est une empreinte exclusive des naines rouges, repérée dès 1969 dans le spectre de la naine rouge Wolf 359.
En ajustant sur ces spectres des modèles de populations stellaires, des simulations qui reproduisent la lumière d'un mélange d'étoiles, les chercheurs ont mesuré pour chaque galaxie un paramètre α, en pratique un facteur de correction : 1 signifierait que le comptage était juste, 4 que la galaxie est quatre fois plus lourde que la recette ne le disait. Résultat : α varie de 1,1 à 4,0 selon les galaxies, avec une médiane à 1,4. Deux galaxies dépassent nettement le seuil statistique, la barre au-delà de laquelle un résultat n'est plus un hasard : elles cachent un excès bien réel de petites étoiles.
La galaxie la plus vieille : jusqu'à 4 fois plus massive
Une galaxie de l'échantillon, référencée 1134272, retient toute l'attention. Son âge stellaire estimé à 5,86 milliards d'années implique une formation antérieure à un décalage vers le rouge de 5, autrement dit moins de 1,5 milliard d'années après le Big Bang. Elle aurait déjà cessé de former des étoiles dès z ≈ 4,6 : une géante déjà adulte quand l'Univers était encore enfant.
Pour cette galaxie, α atteint 4,01 avec une incertitude de ± 0,7. Sa masse, calculée jusqu'ici avec l'IMF de la Voie lactée, devrait donc être multipliée par environ 4 (± 1). Un ajustement qui n'est pas une curiosité : les auteurs proposent que cette galaxie soit une descendante des galaxies « impossibles » détectées par JWST, celles qui semblaient trop massives, trop mûres, trop tôt. Si les descendantes partagent ce profil stellaire, les ancêtres l'avaient aussi. Leurs masses réelles pourraient être 4 fois supérieures aux estimations publiées (facteur 4 ± 1).
Ce que cela change pour la cosmologie
Chaque fois que JWST déniche une galaxie massive très tôt dans l'histoire de l'univers, les modèles de formation galactique transpirent. En multipliant par 4 les masses estimées de leurs descendantes, l'étude transforme une tension, un écart que la théorie n'arrive pas à résorber, en énigme majeure : comment des quantités astronomiques de petites étoiles ont-elles pu se former aussi vite, dans un Univers encore jeune ?
Autre piste de recherche, plus surprenante : les petites étoiles vivent très longtemps et hébergent facilement des planètes. Une population de naines rouges plus abondante que prévu dans l'Univers jeune pourrait signifier plus de planètes formées dès les premiers milliards d'années. Un horizon que l'équipe compte explorer en poussant la méthode vers des galaxies de plus en plus lointaines, aux portes des premières générations d'étoiles.
Pour aller plus loin
- Suivez le télescope à l'origine de la découverte : James-Webb (JWST), avec sa fiche mission complète et son actualité.
- Les notions clés pour tout comprendre : galaxie, formation stellaire et spectroscopie.
- Pour repérer les galaxies de votre ciel : la carte du ciel interactive et son guide d'observation.
- Les sources officielles : l'article scientifique Cheng et al., Nature Astronomy (2026) et son preprint arXiv, le communiqué de l'Université de Leiden et la synthèse ScienceDaily.
