Les astronomes ont utilisé l'observatoire spatial Herschel de l'ESA pour résoudre un mystère vieux de plusieurs décennies sur l'origine de puissants vents de gaz froid dans les environs chauds des quasars. Les preuves liant ces vents puissants à la formation d'étoiles dans les galaxies hôtes des quasars peuvent également aider à résoudre le mystère de la raison pour laquelle la taille des galaxies dans l'Univers semble être plafonnée.

Depuis leur découverte dans les années 1960, les quasars ont fourni un trésor de questions auxquelles les astronomes doivent répondre. Ces sources énergétiques – jusqu'à 10 000 fois plus lumineuses que la Voie lactée – sont les noyaux de galaxies lointaines avec des trous noirs supermassifs en leur cœur. Lorsque le gaz est attiré dans un disque d'accrétion vers le trou noir, il chauffe à des températures très élevées et rayonne de l'énergie à travers le spectre électromagnétique de la radio aux rayons X - de cette manière, la luminosité caractéristique du quasar est née.

Pendant cinq décennies, les astronomes ont étudié les spectres des quasars pour découvrir l'origine du rayonnement électromagnétique qu'ils émettent et tracer le chemin parcouru par la lumière pour nous atteindre.

Un outil précieux pour comprendre ce voyage sont les raies d'absorption dans les spectres de rayonnement des quasars. Ces lignes indiquent les gammes de longueurs d'onde qui ont été absorbées lorsque le rayonnement a voyagé de la source à l'observateur, donner des indices sur le matériel qu'il a traversé. Heures supplémentaires, l'étude de ces raies a retracé la composition des galaxies et des nuages ​​de gaz qui nous séparent de ces lointains objets lumineux, mais un ensemble de raies d'absorption est resté inexpliqué.

Les astronomes ont observé des raies d'absorption dans de nombreux quasars qui indiquent une absorption en cours de route par un gaz froid avec des éléments de métaux lourds comme le carbone, magnésium et silicium. Les lignes signalent que la lumière a voyagé à travers des vents de gaz froid voyageant à des vitesses de milliers de kilomètres par seconde dans les galaxies hôtes des quasars. Bien que la connaissance de l'existence de ces vents n'ait rien de nouveau, leur origine, et pourquoi ils sont capables d'atteindre des vitesses aussi impressionnantes, est resté un inconnu.

Maintenant, l'astronome Peter Barthel et son doctorant Pece Podigachoski, tous deux de l'Institut Kapteyn de l'Université de Groningue, avec leurs collègues Belinda Wilkes du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (États-Unis) et Martin Haas de la Ruhr-Universität Bochum (Allemagne) ont fait la lumière sur les origines des vents froids. En utilisant les données obtenues avec l'observatoire spatial Herschel de l'ESA, les astronomes ont montré, pour la première fois, que la force des raies d'absorption des métaux associées à ces mystérieux vents de gaz est directement liée au taux de formation d'étoiles dans les galaxies hôtes des quasars. En trouvant cette tendance, les astronomes sont en mesure d'affirmer avec une certaine confiance que la formation d'étoiles prodigieuses dans la galaxie hôte peut être le mécanisme à l'origine de ces vents mystérieux et puissants.

« Identifier cette tendance à la formation d'étoiles prolifiques à être étroitement liée aux puissants vents des quasars est une découverte passionnante pour nous, " explique Pece Podigachoski. " Une explication naturelle à cela est que les vents sont entraînés par des rafales d'étoiles et produits par des supernovas - qui sont connues pour se produire avec une grande fréquence pendant les périodes de formation d'étoiles extrêmes. "

Cette nouvelle connexion résout non seulement une énigme sur les quasars, mais peut également contribuer à percer un mystère encore plus grand :pourquoi la taille des galaxies observées dans notre Univers semble-t-elle plafonnée dans la pratique, mais pas en théorie.

"Outre la question de savoir quels processus sont responsables des vents de gaz, leur effet net est un sujet très important dans l'astrophysique d'aujourd'hui, " explique Peter Barthel. " Bien que les théories prédisent que les galaxies peuvent devenir très grandes, les galaxies ultra-massives n'ont pas été observées. Il semble qu'il y ait un processus qui agit comme un frein à la formation de telles galaxies :des vents gazeux internes par exemple pourraient être responsables de ce que l'on appelle une rétroaction négative."

La théorie prédit que les galaxies devraient être capables d'atteindre des masses cent fois plus grandes que celles jamais observées. Le fait qu'il y ait un déficit de mastodontes dans l'Univers implique qu'il existe un processus d'épuisement des réserves de gaz des galaxies avant qu'elles ne puissent atteindre leur plein potentiel. Il existe deux mécanismes susceptibles de conduire à cet épuisement de gaz :le premier est les vents de supernova associés aux rafales d'étoiles, la deuxième, les vents associés au trou noir supermassif au cœur de chaque quasar. Bien que les deux mécanismes soient susceptibles de jouer un rôle, les preuves de corrélation entre les vents de gaz froids et le taux de formation d'étoiles trouvées par cette équipe suggèrent que dans le cas des quasars, formation d'étoiles, qui nécessite un approvisionnement régulier en gaz froid, peut être le principal coupable de saper la galaxie de gaz et de supprimer sa capacité à faire croître la prochaine génération d'étoiles.

"C'est un résultat important pour la science des quasars, et un qui s'est appuyé sur les capacités uniques de Herschel, " explique Göran Pilbratt, Scientifique du projet Herschel à l'ESA. "Herschel observe la lumière dans l'infrarouge lointain et le submillimétrique, permettant la connaissance détaillée du taux de formation d'étoiles dans les galaxies observées qui était nécessaire pour faire cette découverte."