Mystères galactiques dévoilés : les galaxies naines révélées comme des centrales inattendues de formation d’étoiles

Si vous regardez les vastes galaxies remplies d’innombrables étoiles, il est facile de supposer qu’il s’agit d’usines à étoiles, produisant de brillantes boules de gaz. Cependant, ce sont les galaxies naines les moins évoluées qui ont de plus grandes régions d’usines à étoiles, avec des taux de formation d’étoiles plus élevés.

Des découvertes récentes de chercheurs de l’Université du Michigan mettent en lumière ce phénomène : les galaxies naines connaissent un délai d’environ 10 millions d’années avant d’expulser le gaz qui encombre leur espace. Ce retard permet aux régions de formation d’étoiles de ces galaxies de retenir leur gaz et leur poussière plus longtemps, favorisant ainsi la formation et le développement d’un plus grand nombre d’étoiles.

Galaxies naines : berceaux de la formation d’étoiles

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, ils 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.

La découpe de Mrk 71-A du télescope spatial Hubble, qui est la région démontrant un fort refroidissement radiatif (et donc un manque de supervent). Crédit : Observatorio de Calar Alto, J. van Eymeren (AIRUB, ATNF) & Á.R. López-Sánchez

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 – des 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. »

Le diapason de Hubble et la classification galactique

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 l’aube cosmique. 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 auparavant 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.

Aube cosmique et rayonnement ultraviolet

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’heure proche du Big Bang est très intéressant. C’est le fondement de 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.

Preuve observationnelle

Une deuxième étude, publiée dans le Lettres de journaux astrophysiques et dirigé par Oey, a utilisé le Le télescope spatial Hubble pour observer Mrk 71, une région située dans 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 jouer un rôle important dans l’explication des propriétés des galaxies observées à l’aube cosmique par les chercheurs. Télescope spatial James Webb en ce moment », a déclaré Oey. « Je pense que nous sommes encore en train de comprendre les conséquences. »