Un anneau surprenant éclaire la formation des galaxies

La question de savoir ce qui déclenche la formation extrêmement rapide d’étoiles au sein des galaxies infrarouges hyperlumineuses (HyLIRG), encore inconnue, est d’un grand intérêt pour guider notre compréhension de la formation et de l’évolution des galaxies dans l’univers. Une nouvelle photo publiée par l’Observatoire européen austral montre une HyLIRG 10 000 fois plus brillante que notre Voie lactée (en lumière infrarouge) – la galaxie lointaine PJ0116-24 – et a été publiée en conjonction avec un article récemment publié dans Astronomie de la nature qui jette la lumière sur sa formation.

Des études antérieures ont suggéré que ces galaxies extrêmement brillantes devaient résulter de fusions de galaxies. Ces collisions de galaxies créeraient des régions de gaz denses dans lesquelles la formation rapide d’étoiles est déclenchée. Mais des galaxies isolées pourraient également devenir des HyLIRG par le seul biais de processus internes, si le gaz de formation d’étoiles est rapidement canalisé vers le centre de la galaxie.

Dans l’article intitulé « Étude détaillée d’un disque rotatif hyperlumineux rare dans un anneau d’Einstein il y a 10 milliards d’années », dont l’astronome de Cornell Amit Vishwas, Ph.D. est co-auteur, les observations du Very Large Telescope (VLT) de l’ESO et de l’Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) ont été combinées pour étudier le mouvement du gaz dans PJ0116-24.

ALMA suit le gaz froid, visible en bleu sur la photo, tandis que le VLT, avec son nouveau spectrographe et imageur à résolution améliorée (ERIS), suit le gaz chaud, représenté en rouge. Grâce à ces observations détaillées, l’équipe de recherche internationale a découvert que le gaz de cette galaxie extrême tournait de manière organisée, plutôt que de manière chaotique, comme on pourrait s’y attendre après une collision galactique. Cela montre, selon les chercheurs, que les fusions ne sont pas toujours nécessaires pour qu’une galaxie devienne un HyLIRG.

PJ0116-24 est si lointaine que sa lumière a mis environ 10 milliards d’années à nous atteindre. Une galaxie au premier plan a agi comme une lentille gravitationnelle, courbant et amplifiant la lumière de PJ0116-24 derrière elle dans l’anneau d’Einstein que l’on voit ici. Cet alignement cosmique précis permet aux astronomes de zoomer sur des objets très éloignés et de les voir avec un niveau de détail qui serait autrement très difficile à atteindre.

Vishwas, chercheur associé au Centre Cornell pour l’astrophysique et les sciences planétaires (CCAPS), a contribué à cartographier l’émission et la cinématique du gaz atomique et moléculaire de PJ0116-24 à l’aide d’ALMA, ce qui a apporté un soutien solide au scénario du disque en rotation. Il a également participé à l’obtention de données avec l’instrument ERIS récemment mis en service sur le VLT. La recherche a été dirigée par Daizhong Liu de l’Institut Max Planck de physique extraterrestre et de l’Observatoire de la Montagne Pourpre.

L’interprétation des conditions de gaz et des abondances élémentaires dans PJ0116-24 est similaire à ce que Vishwas et ses co-auteurs ont rapporté l’année dernière pour une autre galaxie à une époque antérieure de l’univers, en utilisant les données du télescope spatial James Webb.

Cependant, PJ0116-24 est environ cinq fois plus massif et lumineux que la source étudiée dans l’article de l’année dernière, a déclaré Vishwas.

« Dans les deux cas, la lentille gravitationnelle nous a aidés à étudier en détail le milieu interstellaire de ces galaxies. Je pense que ces nouvelles observations nous aident à étayer notre argumentation sur la manière dont les galaxies évoluent et se construisent, en convertissant efficacement le gaz en étoiles lors de poussées de croissance rapides séparées par de longues périodes de calme relatif », a-t-il expliqué.