Comme j'ai fait un billet sur les images collectées par JWST en champ profond, je suis un peu obligé de parler de la raie Lyman Alpha qui joue un grand rôle pour l'interprétation de ces images. C'est donc un billet un peu plus technique mais sans aucun calcul.

La raie Lyman Alpha correspond dans le spectre de l'hydrogène atomique à la transition 2p -> 1s qui est produite lors de la désexcitation de l'atome (la réciproque est bien sur vraie, phénomène d'excitation). Sa longueur d'onde est de 1216 ångström, elle se situe donc dans l'ultraviolet. Cette longueur d'onde lorsqu'elle est mesurée en provenance d'un atome distant est décalée vers le rouge, "red shift", à cause de l'expansion de l'univers (pour un atome très très distant, donc en champ profond, elle est même décalée dans l'infrarouge lointain). La mesure de ce décalage permet de calculer théoriquement le moment où l'émission a eu lieu, c'est à dire à quel moment après le big bang puisque ce dernier est supposé avoir eu lieu il y approximativement 13.7 milliards d'années (j'ai déjà expliqué dans d'autres billets les difficultés d'arpenter l'univers, mesure des temps et des distances).

L'hydrogène est évidemment l'élément le plus répandu dans l'univers, donc quand on pointe une galaxie il est assez facile de repérer dans son spectre d'absorption la raie Lyman Alpha. Il se trouve que pour des galaxies très très éloignées cette raie est très marquée alors que les autres sont difficiles à détecter. C'est bien sur l'abondance de l'hydrogène atomique dans l'univers qui produit ce phénomène et ce d'autant plus que les premières galaxies, nées peu après le big bang, contiennent très peu d'éléments dits "métalliques" , c'est à dire d'éléments autres que l'hydrogène et l'hélium (c'est les galaxies qui forment les éléments "métalliques" mais pour cela il leur faut du temps, ces galaxies sont théoriquement très jeunes).

Il y a encore beaucoup à dire, d'ailleurs dans la littérature on parle de "forêts Lyman Alpha", c'est dire l'importance de cette raie pour l'astrophysique, mais cela suffit à mon propos et je me contenterai de souligner toutes les difficultés attachées aux interprétations des images en champ profond surtout en ce qui concerne la datation des objets qu'elles contiennent.

Nota : L'esprit de ce billet est de simplifier au maximum les choses et donc d'utiliser quelques approximations. Pour ceux qui veulent en savoir plus sur l'utilisation de cette fameuse raie et surtout sur les "forêts Lyman Alpha", 2 liens : https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9806286.pdf (pour se faire mal à la tête) : https://www.astro.ucla.edu/~wright/Lyman-alpha-forest.html (beaucoup plus fun mais très limité).