Fonctionnant à vide : les astronomes résolvent le mystère vieux de 12 milliards d’années des galaxies bloquées

La galaxie géante endormie au centre de cette image est à 10 milliards d’années-lumière. Crédit : ESA/Hubble & NASA, A. Newman, M. Akhshik, K. Whitaker

Des mesures sans précédent confirment que les galaxies sont inactives lorsqu’elles manquent de gaz froid.

Nouvelle recherche, publiée dans La nature et dirigé par l’Université du Massachusetts Amherst, vient de répondre à l’une des questions fondamentales sur notre univers : pourquoi certaines des galaxies les plus anciennes et les plus massives sont-elles devenues inactives au début de leur formation ? La réponse, nous le savons maintenant, c’est parce qu’ils ont manqué de gaz froid.

« Les galaxies les plus massives de notre univers se sont formées incroyablement tôt, juste après la Big Bang s’est produit, il y a 14 milliards d’années », explique Kate Whitaker, professeur d’astronomie à l’UMass Amherst. «Mais pour une raison quelconque, ils ont fermé. Ils ne forment plus de nouvelles étoiles. La formation d’étoiles est l’un des principaux moyens de croissance des galaxies, et on dit qu’elles sont devenues inactives lorsqu’elles cessent de former des étoiles. Les astronomes savaient que ces premières galaxies massives étaient devenues silencieuses, mais jusqu’à présent, personne ne savait pourquoi.

Pour trouver la réponse, l’équipe de Whitaker, qui comprend Alexandra Pope, professeur agrégé d’astronomie, et Christina C. Williams, qui a obtenu son doctorat. en astronomie à l’UMass, a conçu un couple innovant de télescopes. Ils ont utilisé le Le télescope spatial Hubble, qui voit la lumière ultraviolette à proche infrarouge, y compris la lumière que nous pouvons voir de nos propres yeux, pour détecter ces galaxies lointaines, qui sont si éloignées que nous ne voyons que maintenant la lumière qu’elles ont émise de 10 à 12 milliards d’années il y a, quand l’univers en était à ses balbutiements. En effet, l’équipe de Whitaker se penche sur le passé profond.

Composites du télescope spatial Hubble de la NASA et d’ALMA montrant des plans rapprochés de deux galaxies, MRG-M1341 et MRG-M2129, distantes de 10 à 12 milliards d’années-lumière. Crédit : Whitaker et al., 10.1038/s41586-021-03806-7, Joseph DePasquale

Ces galaxies devraient apparaître jeunes et vigoureuses, avec des preuves de formation constante d’étoiles. Mais ils ne le font pas, et l’équipe de Whitaker a combiné les images de Hubble avec des lectures extraordinairement sensibles de ALMA, l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, qui détecte les rayonnements invisibles à l’œil nu.

ALMA a laissé l’équipe de Whitaker rechercher de minuscules quantités de gaz froid – la principale source d’énergie alimentant la formation de nouvelles étoiles. “Il y avait beaucoup de gaz froid dans l’univers primitif, donc ces galaxies, d’il y a 12 milliards d’années, devraient en avoir beaucoup dans le réservoir de carburant.” Au lieu de cela, Whitaker et son équipe n’ont trouvé que des traces de gaz froid situées au centre de chaque galaxie. Cela signifie que, au cours des premiers milliards d’années de l’existence de l’univers, ces galaxies ont soit brûlé leurs réserves d’énergie, soit les ont éjectées et, en outre, que quelque chose peut bloquer physiquement la reconstitution de chaque galaxie en gaz froid.

Ensemble, ces recherches nous aident à réécrire l’histoire primitive de l’univers afin que nous puissions avoir une idée plus claire de l’évolution des galaxies. La prochaine étape de l’équipe consiste à déterminer à quel point le gaz restant est compact dans ces galaxies au repos et pourquoi il n’existe qu’au centre des galaxies.

Pour en savoir plus sur cette recherche, lisez Galaxies “mortes” mystérieusement à court de carburant pour faire des étoiles dans l’univers primitif.

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

Cette recherche a été soutenue par la Fondation Alfred P. Sloan, la National Science Foundation, Nasa Goddard Space Flight Center, Conseil européen de la recherche, Fondation Carlsberg, Villum Fonden, Agence spatiale canadienne, NASA et Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics.