Cette image composite de l’amas de galaxies MACSJ 0138 montre les données de l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) et du télescope spatial Hubble de la NASA. La section agrandie montre un point orange/rouge vif, qui trace la poussière froide observée en radio à l’aide d’ALMA. Cette poussière froide aide les scientifiques à comprendre, par déduction, la quantité d’hydrogène gazeux froid, nécessaire à la formation des étoiles, présente dans les galaxies de l’amas. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO), STScI, K. Whitaker et al.
Une nouvelle étude révèle que les premières galaxies n’ont pas de carburant et que quelque chose les empêche de remplir le réservoir.
Les premières galaxies massives, celles qui se sont formées dans les trois milliards d’années qui ont suivi la Big Bang– aurait dû contenir de grandes quantités d’hydrogène gazeux froid, le carburant nécessaire à la fabrication des étoiles. Mais les scientifiques observant l’Univers primitif avec le Large Millimeter/submillimeter Array d’Atacama (ALMA) et le Le télescope spatial Hubble ont repéré quelque chose d’étrange : une demi-douzaine de galaxies massives précoces qui ont manqué de carburant. Les résultats de la recherche sont publiés aujourd’hui dans La nature.
Connues sous le nom de galaxies « éteintes » ou de galaxies qui ont arrêté la formation d’étoiles, les six galaxies sélectionnées pour l’observation à partir du REsolving QUIEscent Galaxies magnifiées à haute décalage vers le rouge, ou l’enquête REQUIEM, sont incompatibles avec ce que les astronomes attendent de l’Univers primitif.
« Les galaxies les plus massives de l’Univers ont vécu vite et furieusement, créant leurs étoiles dans un laps de temps remarquablement court. Le gaz, le carburant de la formation des étoiles, devrait être abondant à ces premiers temps de l’Univers », a déclaré Kate Whitaker, auteur principal de l’étude et professeur adjoint d’astronomie à l’Université du Massachusetts, Amherst. « À l’origine, nous pensions que ces galaxies éteintes avaient freiné quelques milliards d’années seulement après le Big Bang. Dans nos nouvelles recherches, nous avons conclu que les premières galaxies n’avaient pas réellement freiné, mais plutôt qu’elles fonctionnaient à vide. »
Cette image composite de l’amas de galaxies MACSJ 0138 montre les données de l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) et du télescope spatial Hubble de la NASA, telles qu’observées par REsolving QUIEscent Magnified galaxies à haut décalage vers le rouge, ou l’enquête REQUIEM. Les premières galaxies massives étudiées par REQUIEM manquaient d’hydrogène gazeux froid, le carburant nécessaire à la formation des étoiles. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO), STScI, K. Whitaker et al.
Pour mieux comprendre comment les galaxies se sont formées et sont mortes, l’équipe les a observées à l’aide de Hubble, qui a révélé des détails sur les étoiles résidant dans les galaxies. Des observations simultanées avec ALMA ont révélé l’émission continue des galaxies – un traceur de poussière – à des longueurs d’onde millimétriques, permettant à l’équipe de déduire la quantité de gaz dans les galaxies. L’utilisation des deux télescopes est due à une conception soignée, car le but de REQUIEM est d’utiliser une lentille gravitationnelle puissante comme télescope naturel pour observer les galaxies dormantes avec une résolution spatiale plus élevée. Ceci, à son tour, donne aux scientifiques une vision claire des événements internes des galaxies, une tâche souvent impossible avec celles qui fonctionnent à vide.
« Si une galaxie ne fabrique pas beaucoup de nouvelles étoiles, elle devient très faible très rapidement, il est donc difficile voire impossible de les observer en détail avec n’importe quel télescope individuel. REQUIEM résout ce problème en étudiant les galaxies à lentille gravitationnelle, ce qui signifie que leur lumière s’étire et s’amplifie lorsqu’elle se plie et se déforme autour d’autres galaxies beaucoup plus près de la voie Lactée“, a déclaré Justin Spilker, co-auteur de la nouvelle étude et Nasa Boursier postdoctoral Hubble à l’Université du Texas à Austin. « De cette façon, la lentille gravitationnelle, combinée au pouvoir de résolution et à la sensibilité de Hubble et d’ALMA, agit comme un télescope naturel et fait apparaître ces galaxies mourantes plus grandes et plus lumineuses qu’elles ne le sont en réalité, nous permettant de voir ce qui se passe et ce qui se passe. ‘t. “
Les nouvelles observations ont montré que l’arrêt de la formation d’étoiles dans les six galaxies cibles n’était pas causé par une soudaine inefficacité dans la conversion du gaz froid en étoiles. Au lieu de cela, c’était le résultat de l’épuisement ou de la suppression des réservoirs de gaz dans les galaxies. “Nous ne comprenons pas encore pourquoi cela se produit, mais les explications possibles pourraient être que soit l’approvisionnement en gaz principal alimentant la galaxie est coupé, soit peut-être un supermassif trou noir injecte de l’énergie qui maintient le gaz chaud dans la galaxie », a déclaré Christina Williams, astronome à l’Université d’Arizona et co-auteur de la recherche. “Essentiellement, cela signifie que les galaxies sont incapables de remplir le réservoir de carburant, et donc, incapables de redémarrer le moteur sur la production d’étoiles.”
L’étude représente également un certain nombre de premières importantes dans la mesure des premières galaxies massives, synthétisant des informations qui guideront les futures études du premier Univers pour les années à venir. “Ce sont les premières mesures du continuum de poussières froides de galaxies dormantes lointaines, et en fait, les premières mesures de ce type en dehors de l’Univers local”, a déclaré Whitaker, ajoutant que la nouvelle étude a permis aux scientifiques de voir combien de gaz un individu est mort. les galaxies ont. “Nous avons pu sonder le carburant de la formation d’étoiles dans ces premières galaxies massives assez profondément pour prendre les premières mesures de la lecture du réservoir de gaz, nous donnant un point de vue critique sur les propriétés du gaz froid de ces galaxies.”
Bien que l’équipe sache maintenant que ces galaxies fonctionnent à vide et que quelque chose les empêche de remplir le réservoir et de former de nouvelles étoiles, l’étude ne représente que la première d’une série d’enquêtes sur ce qui a fait disparaître ou non les premières galaxies massives. “Nous avons encore beaucoup à apprendre sur les raisons pour lesquelles les galaxies les plus massives se sont formées si tôt dans l’Univers et pourquoi elles ont arrêté leur formation d’étoiles alors qu’elles disposaient d’autant de gaz froid”, a déclaré Whitaker. “Le simple fait que ces énormes bêtes du cosmos aient formé 100 milliards d’étoiles en un milliard d’années environ, puis arrêtent soudainement leur formation d’étoiles est un mystère que nous aimerions tous résoudre, et REQUIEM a fourni le premier indice.”
Pour en savoir plus sur cette recherche :
Référence : « Les réservoirs de gaz épuisés entraînent l’extinction massive des galaxies dans l’univers primitif » par Katherine E. Whitaker, Christina C. Williams, Lamiya Mowla, Justin S. Spilker, Sune Toft, Desika Narayanan, Alexandra Pope, Georgios E. Magdis, Pieter G . van Dokkum, Mohammad Akhshik, Rachel Bezanson, Gabriel B. Brammer, Joel Leja, Allison Man, Erica J. Nelson, Johan Richard, Camilla Pacifici, Keren Sharon & Francesco Valentino, 22 septembre 2021, La nature.
DOI : 10.1038 / s41586-021-03806-7
