Les galaxies naines profitent d’une période de calme de 10 millions d’années pour produire des étoiles

Si vous regardez des galaxies massives regorgeant d’étoiles, vous pourriez être pardonné de penser qu’il s’agit d’usines à étoiles, produisant de brillantes boules de gaz. Mais en réalité, les galaxies naines moins évoluées possèdent de plus grandes régions d’usines à étoiles, avec des taux de formation d’étoiles plus élevés.

Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université du Michigan en ont découvert la raison : ces galaxies bénéficient d’un retard de 10 millions d’années pour éliminer les gaz qui encombrent leur environnement. Les régions de formation d’étoiles sont capables de retenir leur gaz et leur poussière, permettant ainsi à davantage d’étoiles de fusionner et d’évoluer.

Dans ces galaxies naines relativement vierges, des étoiles massives – des étoiles d’une masse environ 20 à 200 fois supérieure à celle de notre soleil – s’effondrent en trous noirs au lieu d’exploser en supernovae. Mais dans les galaxies plus évoluées et polluées, comme notre Voie lactée, elles sont plus susceptibles d’exploser, générant ainsi un supervent collectif. Le gaz et la poussière sont expulsés de la galaxie et la formation d’étoiles s’arrête rapidement.

Leurs conclusions sont publiées dans le Journal d’astrophysique.

“Quand les étoiles deviennent supernova, elles polluent leur environnement en produisant et en libérant des métaux”, a déclaré Michelle Jecmen, première auteure de l’étude et chercheuse de premier cycle. “Nous soutenons qu’à faible métallicité (environnements galactiques relativement non pollués) il y a un retard de 10 millions d’années dans le début des supervents puissants, ce qui, à son tour, entraîne une formation d’étoiles plus élevée.”

Les chercheurs de l’UM soulignent ce qu’on appelle le diapason de Hubble, un diagramme qui illustre la manière dont l’astronome Edwin Hubble a classé les galaxies. Dans le manche du diapason se trouvent les plus grandes galaxies. Énormes, rondes et regorgeant d’étoiles, ces galaxies ont déjà transformé tout leur gaz en étoiles. Le long des dents du diapason se trouvent des galaxies spirales qui possèdent des régions de formation de gaz et d’étoiles le long de leurs bras compacts. Au bout des dents du diapason se trouvent les galaxies les moins évoluées et les plus petites.

“Mais ces galaxies naines n’ont que ces régions de formation d’étoiles vraiment mondo”, a déclaré l’astronome Sally Oey de l’UM, auteur principal de l’étude. “Il y a eu quelques idées sur la raison de cela, mais la découverte de Michelle offre une très bonne explication : ces galaxies ont du mal à arrêter leur formation d’étoiles parce qu’elles n’évacuent pas leur gaz.”

De plus, cette période de calme de 10 millions d’années offre aux astronomes l’opportunité d’observer des scénarios similaires à l’aube cosmique, une période juste après le Big Bang, a déclaré Jecmen. Dans les galaxies naines immaculées, les gaz s’agglutinent et forment des interstices par lesquels les radiations peuvent s’échapper. Ce phénomène connu est appelé modèle de « palissade », dans lequel le rayonnement UV s’échappe entre les lattes de la clôture. Ce retard explique pourquoi les gaz auraient eu le temps de s’agglutiner.

Le rayonnement ultraviolet est important car il ionise l’hydrogène – un processus qui s’est également produit juste après le Big Bang, faisant passer l’univers d’opaque à transparent.

“Et donc observer des galaxies naines à faible métallicité avec beaucoup de rayonnement UV est quelque peu similaire à regarder l’aube cosmique”, a déclaré Jecmen. “Comprendre l’époque proche du Big Bang est très intéressant. C’est fondamental pour nos connaissances. C’est quelque chose qui s’est produit il y a si longtemps – c’est tellement fascinant que nous puissions voir des situations similaires dans les galaxies qui existent aujourd’hui.”

Une deuxième étude, publiée dans le Lettres de journaux astrophysiques et dirigé par Oey, a utilisé le télescope spatial Hubble pour observer Mrk 71, une région d’une galaxie naine voisine située à environ 10 millions d’années-lumière. Dans Mrk 71, l’équipe a trouvé des preuves observationnelles du scénario de Jecmen. En utilisant une nouvelle technique avec le télescope spatial Hubble, l’équipe a utilisé un ensemble de filtres qui examinent la lumière du carbone triplement ionisé.

Dans les galaxies plus évoluées avec de nombreuses explosions de supernova, ces explosions chauffent le gaz d’un amas d’étoiles à des températures très élevées, jusqu’à des millions de degrés Kelvin, a déclaré Oey. À mesure que ce supervent chaud se développe, il expulse le reste du gaz des amas d’étoiles. Mais dans les environnements à faible métallicité tels que Mrk 71, où les étoiles n’explosent pas, l’énergie de la région est rayonnée. Il n’a pas la chance de former un supervent.

Les filtres de l’équipe ont capté une lueur diffuse du carbone ionisé dans tout Mrk 71, démontrant que l’énergie rayonne. Par conséquent, il n’y a pas de supervent chaud, permettant plutôt au gaz dense de rester dans tout l’environnement.

Oey et Jecmen affirment que leur travail aura de nombreuses implications.

“Nos découvertes pourraient également être importantes pour expliquer les propriétés des galaxies observées actuellement à l’aube cosmique par le télescope spatial James Webb”, a déclaré Oey. “Je pense que nous sommes encore en train de comprendre les conséquences.”