C’est officiel pour COSMOS-Web : les 164 000 galaxies cartographiées par le JWST ne s’éteignent pas toutes de la même façon

Sur les 164 000 galaxies passées au crible par le télescope spatial James Webb dans le cadre du programme COSMOS-Web, aucune ne s’éteint selon le même scénario. Une équipe dirigée par l’astronome Hossein Hatamnia, de l’université de Californie à Riverside, publiée début mai 2026 dans The Astrophysical Journal, a mis au jour deux mécanismes différents expliquant pourquoi les galaxies cessent de former des étoiles, selon l’époque cosmique considérée. La frontière entre les deux régimes se situe jusqu’à environ 7 milliards d’années après le Big Bang, la moitié de l’âge actuel de l’univers. Avant cette date, la masse dictait le destin des galaxies. Après, c’est l’environnement qui prend le relais.

Le constat repose sur un travail de cartographie sans précédent. Les chercheurs présentent une reconstruction de la structure à grande échelle, en utilisant le programme COSMOS-Web du JWST pour tracer l’évolution des galaxies pilotée par l’environnement jusqu’à z ∼ 7, en appliquant une méthode d’estimation de densité par noyau pondéré à 164 000 galaxies avec des redshifts photométriques robustes.

L’échelle de l’opération donne le vertige.

Cette avancée s’appuie sur COSMOS-Web, le plus grand relevé jamais mené par le télescope James Webb, un programme de 255 heures d’observation couvrant une zone du ciel équivalente à trois pleines lunes. Comparé au relevé précédent, réalisé avec Hubble, la précision est sans commune mesure : les galaxies lointaines, faibles et peu massives, autrefois invisibles, apparaissent désormais avec une netteté saisissante.

Une frontière nette à 7 milliards d’années

Les chercheurs de l’université de Californie à Riverside identifient deux grands mécanismes responsables de cette extinction. Le premier est lié à la masse. Lorsqu’une galaxie devient suffisamment massive, avec un halo de matière noire dépassant mille milliards de masses solaires, la mécanique change de nature. Quand les halos de matière noire ancrant les galaxies atteignent ce seuil, ils dynamisent le gaz environnant et l’empêchent de se condenser en nouvelles étoiles. Ce mécanisme, purement gravitationnel et interne à la galaxie, a dominé pendant les sept premiers milliards d’années de l’histoire cosmique.

Passé ce cap, le relais est pris par la densité du voisinage immédiat de chaque galaxie.

Les astrobites consacrés à l’étude résument bien la bascule observée à basse altitude de redshift. La combustion massive peut provenir de divers processus, comme des vents puissants issus d’un noyau actif de galaxie ou le chauffage du gaz entrant ; à faible redshift, en revanche, le taux de formation d’étoiles des galaxies quiescentes diminue à mesure que la densité de l’environnement augmente, ce qui pointe vers un processus de quenching environnemental devenu dominant. dans l’univers récent, vivre au cœur d’un amas dense devient un handicap plutôt qu’un atout pour continuer à fabriquer des étoiles. Le catalogue confirme aussi une tendance structurelle plus générale : la masse stellaire présente une corrélation positive avec la densité à tous les redshifts, corrélation plus forte pour les galaxies quiescentes jusqu’à z ≲ 2,5, tandis qu’à plus haut redshift ce lien se limite aux environnements extrêmement denses, cohérent avec un assemblage précoce de masse dans les proto-amas.

Le renversement le plus frappant de l’étude

Voilà la partie qui a le plus surpris l’équipe elle-même.

Dans les premiers temps du cosmos, les régions denses de la toile cosmique étaient des sites de croissance galactique rapide, la matière abondante y favorisait la formation d’étoiles. Mais à des époques plus récentes, ces mêmes environnements denses sont désormais associés à l’arrêt de la formation stellaire. Le résumé qu’en donne Hatamnia est sans ambiguïté : les régions denses de l’univers primitif accéléraient la formation d’étoiles, tandis qu’aujourd’hui elles l’étouffent. Une même adresse cosmique, deux effets opposés selon la date à laquelle on l’observe.

« Nous montrons comment la toile cosmique a contribué à façonner la croissance des galaxies avant, pendant et après cette période de forte activité », explique Hossein Hatamnia, coauteur de l’étude. La toile cosmique, cet immense réseau de filaments de gaz et de matière noire qui relie les amas de galaxies entre eux, n’est donc pas un simple décor. Elle agit comme un régulateur actif, dont le rôle s’inverse à mesure que l’univers vieillit et que ses réservoirs de gaz frais s’épuisent.

Un jeu de données ouvert à tous

La qualité de la carte tient à deux progrès techniques précis, détaillés par le premier auteur. « Le télescope détecte beaucoup plus de galaxies faibles dans la même portion de ciel, et les distances vers ces galaxies sont mesurées bien », a-t-il expliqué. « Chaque galaxie peut donc être placée dans la bonne tranche de temps cosmique, ce qui affine la résolution de la carte ». Résultat : un découpage temporel de l’univers en tranches suffisamment fines pour distinguer, pour la première fois à cette échelle statistique, les deux régimes de quenching évoqués plus haut.

L’équipe a choisi de partager l’intégralité de son travail plutôt que de le garder pour elle. « Le pipeline utilisé pour construire la carte, le catalogue des 164 000 galaxies et de leur densité cosmique, ainsi qu’une vidéo montrant la toile cosmique évoluer sur des milliards d’années, ont été mis à disposition du public », a précisé Bahram Mobasher, coauteur senior de l’étude. D’autres équipes, en France notamment, exploitent déjà ce même jeu de données COSMOS-Web pour étudier la transformation morphologique des galaxies dans les amas les plus riches. La prochaine étape consistera à confronter ces deux mécanismes de quenching aux données spectroscopiques du JWST, seules capables de dater avec précision le moment exact où chaque galaxie a cessé de fabriquer des étoiles.

Sources : insu.cnrs.fr | public-archive.web.cern.ch | cosmos.astro.caltech.edu