La dichotomie concerne ce qu'on appelle le moment angulaire (par unité de masse) qui, en physique, est une mesure de la taille et de la vitesse de rotation. On constate que les galaxies spirales tournent fortement, avec un moment cinétique supérieur d'un facteur cinq environ à celui des elliptiques. Quelle est l'origine d'une telle différence ? Une équipe de recherche internationale s'est penchée sur la question dans une étude qui vient de paraître dans le Journal d'astrophysique . L'équipe était dirigée par SISSA Ph.D. étudiant JingJing Shi sous la supervision du Prof. Andrea Lapi et Luigi Danese, et en collaboration avec le professeur Huiyuan Wang de l'USTC (Hefei) et le Dr Claudia Mancuso de l'IRA-INAF (Bologne). Les chercheurs ont déduit des observations la quantité de gaz tombée dans la région centrale d'une galaxie en développement, où se déroule la majeure partie de la formation des étoiles.

Le résultat est que dans les galaxies elliptiques, seulement environ 40 pour cent du gaz disponible est tombé dans cette région centrale. Plus pertinent, cette formation d'étoiles alimentant le gaz était caractérisée par un moment angulaire plutôt faible. Ceci est en contraste frappant avec les conditions trouvées dans les spirales, où la plupart du gaz qui se retrouve dans les étoiles a un moment angulaire sensiblement plus élevé. Les chercheurs ont retracé la dichotomie dans le moment angulaire des galaxies spirales et elliptiques à leurs différentes histoires de formation. Les galaxies elliptiques forment la plupart de leurs étoiles lors d'un effondrement rapide au cours duquel le moment angulaire est dissipé. Ce processus est probablement arrêté tôt par de puissants écoulements de gaz provenant d'explosions de supernova, vents stellaires et peut-être même du trou noir supermassif central. Pour les spirales, d'autre part, le gaz est tombé lentement, conserver son moment cinétique, et les étoiles se sont formées régulièrement le long d'une échelle de temps comparable à l'âge de l'univers.

« Jusqu'à ces dernières années, dans le paradigme de la formation et de l'évolution des galaxies, On pensait que les galaxies elliptiques se sont formées par la fusion de disques stellaires dans l'univers lointain. Le long de cette ligne, on pensait que leur moment angulaire était le résultat de processus dissipatifs lors de tels événements de fusion, " écrivent les chercheurs. Récemment, ce paradigme avait été remis en cause par les observations dans l'infrarouge lointain/sous-millimétriques provoquées par l'avènement des observatoires spatiaux comme Herschel et des interféromètres au sol comme l'Atacama Large Millimeter Array (ALMA).

Ces observations ont le pouvoir de pénétrer à travers la poussière interstellaire, dévoilant ainsi les processus de formation des étoiles dans le très lointain, galaxies poussiéreuses qui constituaient les ancêtres des elliptiques locaux. "Le résultat net de ces observations est que les étoiles peuplant les elliptiques d'aujourd'hui sont principalement formées lors d'un effondrement dissipatif rapide dans les régions centrales des galaxies poussiéreuses formant des étoiles. Après une courte échelle de temps de moins d'un milliard d'années, la formation d'étoiles a été étouffée par de puissants flux de gaz. » Malgré ce changement de perspective, l'origine du faible moment angulaire observé dans les elliptiques locaux restait incertaine.

"Cette étude réconcilie le faible moment angulaire observé dans les elliptiques actuels avec le nouveau paradigme émergeant des observations Herschel et ALMA de leurs géniteurs, " concluent les scientifiques. " Nous avons démontré que le faible moment angulaire des elliptiques provient principalement de la nature dans les régions centrales au cours du processus de formation précoce des galaxies, et non nourri substantiellement par l'environnement via des événements de fusion, comme envisagé dans les théories précédentes."