Montrées ici en vue composite, les données ALMA (rouge/orange) révèlent les structures de filament laissées par la pression dynamique dénudée dans une vue optique du télescope spatial Hubble de NGC4921. Les scientifiques pensent que ces filaments se forment lorsque les champs magnétiques de la galaxie empêchent l’enlèvement de la matière. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO), NASA/ESA/Hubble/K. Cook (LLNL), L. Shatz
Pour la première fois, les astronomes ont observé un effet boomerang cosmique – des flux de gaz moléculaire lourd qui sont extraits d’une galaxie lointaine pour revenir en arrière et revenir plus tard.
Des astronomes de Yale et de l’Arizona State University ont dirigé l’équipe de recherche qui a fait la découverte, qui avait été théorisée dans des simulations mais non observée en détail. Leurs conclusions sont publiées dans Le Journal d’Astrophysique.
L’observation offre de nouvelles informations sur le cycle de vie des galaxies et les formations structurelles au sein des galaxies, telles que tracées par le gaz moléculaire. En particulier, la recherche se concentre sur un processus appelé décapage par pression dynamique, dans lequel le gaz des amas de galaxies agit comme un vent qui enlève le matériau stellaire à l’intérieur d’une galaxie – hâtant sa disparition.
“Les astronomes s’intéressent à l’étude de la croissance, de la vie et de la mort des galaxies », a déclaré l’auteur principal William Cramer, qui a commencé la recherche en tant qu’étudiant diplômé de Yale et est maintenant chercheur postdoctoral à l’Arizona State. « Les effets tels que la pression dynamique qui peuvent accélérer le cycle de vie normal des galaxies sont très importants à comprendre pour cette raison. De plus, le gaz moléculaire dans les galaxies est le berceau de nouvelles étoiles, et par conséquent, étudier l’effet de la pression dynamique sur celui-ci est d’une importance primordiale.
Ce composite côte à côte montre les données ALMA (rouge/orange) posées sur les images (optiques) du télescope spatial Hubble de NGC4921. Une nouvelle étude de la galaxie spirale barrée a révélé des structures de filaments similaires aux piliers de la création mais nettement plus grandes. Ces structures sont causées par un processus connu sous le nom de décapage par pression dynamique, qui pousse le gaz hors des galaxies, les laissant sans le matériau nécessaire pour former de nouvelles étoiles. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO), NASA/ESA/Hubble/K. Cook (LLNL), L. Shatz
Pour l’étude, les chercheurs ont utilisé l’Atacama Large Millimeter Array (ALMA) radiotélescope, situé dans le nord du Chili, pour créer une carte à haute résolution du gaz moléculaire dense dans la galaxie NGC 4921 alors qu’elle subit un décapage de la pression dynamique. La carte montre des structures inhabituelles qui se forment dans le « vent » de pression dynamique – de longs filaments de gaz lourd connectés à des étoiles nouvellement formées. On pense que ce gaz dense et lourd est plus résistant à la pression dynamique, peut-être en raison des champs magnétiques qui le maintiennent plus fermement en place.
“Lorsqu’une force externe telle que la pression dynamique perturbe une galaxie, cela offre une opportunité d’en apprendre davantage sur les forces internes qui opèrent dans les galaxies », a déclaré le co-auteur Jeffrey Kenney, professeur d’astronomie à la faculté des arts et des sciences de Yale. “Les filaments inhabituels ne se formeraient pas sans champs magnétiques, nous apprenons donc également l’importance des champs magnétiques dans les galaxies à partir de cette interaction de pression dynamique.”
Vue agrandie d’un composite ALMA (rouge/orange) et du télescope spatial Hubble (optique) de NGC4921. Ce composite met en évidence des structures de filaments résultant des effets de l’arrachement par pression dynamique. Le stripping par pression dynamique est un processus connu pour extraire le gaz des galaxies, les laissant sans le matériau nécessaire pour former de nouvelles étoiles. Une nouvelle étude indique que certains matériaux ne peuvent pas être retirés de la galaxie et sont plutôt réaccrétés, potentiellement à l’aide de champs magnétiques, ralentissant le processus de mort de la galaxie. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO), NASA/ESA/Hubble/K. Cook (LLNL), L. Shatz
Les données d’ALMA montrent clairement des filaments de gaz moléculaire connectés à la galaxie NGC 4921 – les filaments résistent, en effet. Mais ensuite, les chercheurs ont vu autre chose : une partie du gaz précédemment extrait revient.
“Au lieu d’être expulsé pour ne jamais revenir, une partie de ce gaz se déplace comme un boomerang, est éjecté mais tourne ensuite en rond et retombe à sa source », a déclaré Cramer. Si ce gaz est récupéré dans la galaxie, il peut former de nouvelles étoiles.
L’effet boomerang est important pour plusieurs raisons, selon les chercheurs. Il fournit des preuves tangibles de l’évolution des galaxies; cela confirme une théorie de longue date sur le développement des galaxies ; et il aide les astronomes à essayer de prédire le taux de natalité de nouvelles étoiles.
“Le milieu interstellaire des galaxies est complexe, avec de nombreuses variables difficiles à modéliser », a déclaré Cramer. “Cette observation est importante car elle montre que le repli de gaz peut être détecté et nous permet de chercher plus largement pour aider à le caractériser.”
Pour en savoir plus sur cette recherche, lisez Réaccrétion de gaz observée pour la première fois dans des galaxies mourantes.
Référence : « Molecular gas filaments and fallback in the ram pressure stripped Coma spiral NGC 4921 » par William J. Cramer, Jeffrey DP Kenney, Stephanie Tonnesen, Rory Smith, Tony Wong, Pavel Jáchym, Juan R. Cortés, Paulo C. Cortés, Yu-Ting Wu, Accepté, Le Journal d’Astrophysique.
arXiv : 2107.11731