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Les spectres de galaxies lointaines figées montrent que les plus massives se sont formées plus tôt.
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Une galaxie, c'est comme une ville où l'on a cessé de construire de nouveaux immeubles. Les étoiles n'y naissent plus, et à voir les vieux bâtiments, on peut deviner quand le chantier battait son plein. Des astronomes ont observé 14 de ces « villes fantômes » aux confins de l'Univers visible — leur lumière a voyagé 11 à 12 milliards d'années jusqu'à nous. À l'aide du télescope spatialJames Webb, ils ont capté leurs spectres — décomposé la lumière en couleurs, comme un arc-en-ciel, pour connaître la composition et l'âge des étoiles.
Il s'avère que plus la galaxie est lourde, plus tôt la construction stellaire s'y est arrêtée. Une différence de masse d'un facteur dix décale l'âge d'environ 2 milliards d'années. C'est comme si, dans une ville, on avait cessé de bâtir en 1900, et dans une autre, plus modeste, seulement en 2000. Cette tendance était connue pour les galaxies proches, mais on la retrouve désormais dans l'Univers primordial.
Les plus légères des galaxies étudiées se sont révélées jeunes — leurs étoiles n'ont que quelques centaines de millions d'années. Cela signifie que les galaxies « vieilles » récemment découvertes de même masse vont probablement bientôt recommencer à enfanter des étoiles.
La composition chimique des étoiles de ces galaxies anciennes ressemble à celle des galaxies plus tardives. Mais lorsque les scientifiques ont tenté de mesurer précisément la quantité de certains éléments, différentes méthodes ont donné des réponses différentes. Pour y voir plus clair, il faut des spectres plus nets — comme regarder une ville à travers une vitre embuée en essayant de compter les fenêtres.
We present deep, medium-resolution $$\lambda=1-5\,\mu$$m JWST/NIRSpec spectroscopy for 14 quiescent galaxies at $$3\,}10$$, obtained as part of the EXCELS survey. We perform a complete re-reduction of these data, including a custom optimal-extraction approach to combat the spectral "wiggles" that result from undersampling of the NIRSpec spatial PSF. We constrain the star-formation histories and stellar metallicities of these objects via full-spectral fitting, finding a clear stellar age vs stellar mass correlation, in which more massive galaxies assembled their stellar mass at earlier times. This confirms spectroscopically that the archaeological "downsizing" trend was already in place by $$z\simeq4$$. The slope of our measured relation ($$\simeq2$$ Gyr per dex in stellar mass) is consistent with literature results at $$0 < z < 3$$. We do not observe objects with $$\log_{10}(M_*/\mathrm{M_\odot})\lesssim10.5$$ and ages of more than a few hundred Myr at this epoch, suggesting that recently reported examples of higher-redshift quiescent galaxies at these masses are likely to soon rejuvenate. We measure relatively high stellar metallicities for the majority of our sample, consistent with similar objects at $$0 < z < 3$$. Finally, we explore evidence for $$\alpha$$-enhancement in six older and more luminous galaxies within our sample, finding considerable disagreements in the chemical abundances measured using different stellar population models, different fitted rest-frame wavelength ranges, star-formation history models and fitting codes. We therefore conclude that inferring detailed stellar chemical abundances for the earliest quiescent galaxies remains challenging, and higher signal-to-noise spectra are required (SNR per resolution element $$>100$$ for $$R\simeq1000$$).
La lumière de ces galaxies a voyagé 11 à 12 milliards d'années — presque l'âge de l'Univers. Nous les voyons telles qu'elles étaient quand le Soleil n'existait pas encore.
