Pendant des années, les astronomes pensaient que les galaxies massives finissaient par arrêter de former de nouvelles étoiles, devenant ainsi calmes et « mortes ». Ce processus, où la formation stellaire cesse efficacement, est connu sous le nom d’arrêt de formation stellaire (quenching en anglais). Mais de nouvelles données du Télescope Spatial Hubble révèlent une vérité surprenante : certains de ces géants apparemment dormants subissent encore de puissants sursauts de formation stellaire, agissant davantage comme des « galaxies zombies » qui se refusent à rester éteintes. Cette découverte remet en question notre compréhension de la manière dont la formation stellaire des galaxies prend fin et révèle que l’univers est plein de surprises cosmiques.
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Cette découverte signifie que l’histoire de l’évolution des galaxies est plus complexe qu’on ne le pensait auparavant. Les galaxies massives ne suivent pas toujours un simple chemin vers la retraite ; elles peuvent connaître des périodes de renaissance inattendues.
Pour comprendre cela, imaginez une galaxie comme une ville cosmique. Les jeunes villes sont animées, construisant constamment de nouvelles structures (étoiles) à partir des matériaux disponibles (gaz et poussière). Ces jeunes galaxies brillent intensément, apparaissant souvent bleues à cause de la lumière des nouvelles étoiles chaudes et massives. Lorsqu’une ville vieillit, la construction peut ralentir ou s’arrêter à mesure que les ressources s’épuisent ou que d’autres facteurs interviennent. Dans les galaxies, cet arrêt est appelé cessation de formation stellaire.
Image Hubble montrant des régions bleues brillantes de formation stellaire intense dans une galaxie spirale
Maintenant, une équipe dirigée par Michael Rutkowski a examiné certaines des plus grandes galaxies de l’univers, celles dont la masse stellaire est supérieure à 10 milliards de fois celle de notre Soleil, et dont on s’attendait à ce qu’elles aient cessé leur formation stellaire il y a longtemps. Ils ont spécifiquement sélectionné des galaxies qui ne montraient aucun signe de trous noirs actifs, dont les émissions lumineuses peuvent perturber les observations.
Surprendre les « zombies » cosmiques sur le fait
Les astronomes ont utilisé les données d’une étude spéciale de Hubble qui observe les galaxies en lumière ultraviolette (UV). Pourquoi les UV ? Parce que les étoiles jeunes, massives et brillantes rayonnent le plus dans cette partie du spectre lumineux, et qu’elles vivent et meurent rapidement. Ainsi, repérer la lumière UV, c’est comme trouver de nouveaux chantiers de construction – un signe révélateur de formation stellaire récente, même si le reste de la galaxie semble vieux et calme.
Les galaxies étudiées sont situées à des distances telles que leur lumière a voyagé pendant 5 à 9 milliards d’années pour nous atteindre. Cela signifie que nous les voyons telles qu’elles étaient pendant une période cruciale de l’histoire de l’univers, peu de temps après le pic du taux de formation stellaire cosmique.
Diagramme illustrant le décalage vers le rouge cosmologique
Sur les 1 067 galaxies massives de leur échantillon, qui ressemblent pour la plupart aux formes elliptiques lisses et sans traits distinctifs typiques des systèmes ayant cessé leur formation stellaire dans l’univers proche, environ 15 % étaient étonnamment brillantes en lumière UV.
Cette luminosité UV indique que ces galaxies apparemment mortes avaient subi un sursaut significatif de formation stellaire relativement récemment – au cours du dernier milliard d’années. Bien que ce sursaut récent ne représente que jusqu’à 10 % de la masse stellaire totale d’une galaxie, pour une galaxie massive, cela représente toujours un épisode substantiel de naissance de nouvelles étoiles. La galaxie « zombie » a été brièvement réanimée !
Image Hubble de NGC 1132, une galaxie elliptique lisse typique des systèmes ayant cessé leur formation stellaire
Le mystère : Comment les galaxies « mortes » revivent-elles ?
Trouver de la formation stellaire dans ces galaxies massives et d’apparence ancienne est inattendu. Les astronomes ont d’abord envisagé l’idée que ces sursauts pourraient être déclenchés par une fusion de galaxies, où une grande galaxie consomme une plus petite et riche en gaz. Cela fournirait un nouvel apport de carburant pour de nouvelles étoiles.
Cependant, l’étude n’a trouvé aucune preuve pour soutenir cette hypothèse « vampire ». Si les fusions étaient la cause, on s’attendrait à voir plus de ces sursauts de formation stellaire dans les galaxies situées dans des environnements cosmiques denses, où les collisions se produisent plus fréquemment. Les observations n’ont pas montré cette corrélation.
Cela suggère que la cause de ces réanimations stellaires doit être autre chose – probablement un processus interne à la galaxie elle-même que nous ne comprenons pas encore complètement. Il est possible que le trou noir supermassif tapi au centre de la galaxie, même lorsqu’il est dans un état calme et n’émet pas activement de lumière comme ceux des noyaux galactiques actifs, puisse d’une manière ou d’une autre influencer le gaz et déclencher ces sursauts.
Illustration d'un trou noir supermassif actif au centre d'une galaxie avec disque d'accrétion et jets
La découverte de ces « galaxies zombies » montre que le processus d’arrêt de la formation stellaire des galaxies est bien plus complexe et imprévisible qu’on ne le pensait. Comprendre ces sursauts inattendus est crucial pour créer des modèles précis de la manière dont les galaxies croissent et évoluent à travers l’univers. Les observations futures avec des télescopes puissants seront essentielles pour percer le mystère de ce qui réveille ces géants cosmiques apparemment morts et à quelle fréquence cela se produit.