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    Des astronomes sondent un mystère exceptionnel sur la façon dont les galaxies cessent de construire des étoiles

    Image couleur du télescope spatial Hubble de galaxies « auto-extinguibles » distantes de 6 milliards d'années-lumière. Le point lumineux au centre est la zone compacte, et certains flous sur les bords indiquent aux chercheurs qu'il s'agit d'un vestige de fusion. Crédit :KU

    Des galaxies comme notre propre Voie lactée sont des usines qui utilisent la gravité pour façonner de nouvelles étoiles à partir d'hydrogène moléculaire.

    "La Voie lactée transforme le gaz en étoiles à environ une moyenne de la masse du soleil chaque année, " a déclaré Grégory Rudnick, professeur de physique et d'astronomie à l'Université du Kansas. "La galaxie est remplie de gaz, et nous recevons constamment du nouveau gaz de l'extérieur de la galaxie. Ce gaz tombe dans la galaxie sous l'effet de la gravité, se forme en étoiles et une partie du gaz est renvoyée hors de la galaxie. »

    Mais certaines galaxies ont stoppé ce processus de formation d'étoiles, et les astronomes ont eu du mal à expliquer pourquoi.

    "Nous voyons beaucoup de galaxies qui ne forment pas d'étoiles, " Rudnick a dit. " Pour une raison quelconque, ils ne contiennent pas beaucoup de gaz et ne peuvent donc pas fabriquer de nouvelles étoiles. La grande question est pourquoi. Pourquoi certaines galaxies s'éteignent-elles ? Quand ils s'éteignent, ils se retrouvent avec les étoiles qu'ils ont déjà, mais ils n'en font pas de nouveaux."

    Une clé pour résoudre ce casse-tête pourrait être une étrange nouvelle classe de galaxies à environ 6 milliards d'années-lumière de la Terre qui sont en train d'expulser violemment leur propre gaz. Maintenant, Rudnick s'est associé à des scientifiques de partout aux États-Unis dans le cadre d'une nouvelle subvention de la National Science Foundation pour étudier ces galaxies afin de découvrir pourquoi certaines galaxies n'ont plus le gaz nécessaire pour former de nouvelles étoiles.

    Une partie du processus consiste à remettre en question les idées conventionnelles récentes sur l'arrêt de la formation d'étoiles.

    "L'une des façons dont les gens ont trouvé pour arrêter la formation d'étoiles dans une galaxie est d'éliminer de manière explosive le gaz à travers un noyau galactique actif, " Rudnick a dit. " Chaque galaxie, y compris le nôtre, a un trou noir supermassif en son centre. Alors que le gaz tombe dans le trou noir, juste avant qu'il n'atteigne le trou noir, il fait super chaud, et l'énergie qu'il dégage peut en fait souffler le reste du gaz de la galaxie. Les gens aiment cette idée parce que c'est un mécanisme assez énergétique pour faire le travail d'expulser tout le gaz de la galaxie."

    Cependant, en 2007, une équipe d'astronomes a découvert un ensemble de galaxies "à extinction automatique" qui ont arrêté la formation d'étoiles par un autre mécanisme. Rudnick a ensuite rejoint cette équipe, qui a mené une enquête pluriannuelle sur ces objets.

    "Nos recherches ont trouvé ce genre de galaxie dont le gaz est soufflé à des milliers de kilomètres par seconde - c'est plus de 3, 500 fois plus rapide qu'un avion à réaction, mais il n'y a absolument aucune preuve d'un quelconque type de gaz tombant dans un trou noir, " dit le chercheur de la KU. " Alors, la question se pose de savoir si ce processus de trou noir est nécessaire ou s'il existe d'autres moyens de le faire. Tu réalises, 'Attendez une minute, l'univers n'est pas si simple. Cela pourrait nous dire des choses vraiment nouvelles et intéressantes sur la façon dont les galaxies évoluent. »

    Cartes CO J(2 → 1) de la galaxie SDSS J1341?0321 en moyenne sur 333 km s -1 canaux couvrant ΔV =± 1500 km s -1 (les étiquettes donnent les centres des canaux) par rapport au redshift systémique. Les contours commencent à 2σ et sont espacés logarithmiquement à 0,2 multiple dex de . Les contours en pointillés sont des équivalents négatifs. Le réticule indique le pic de l'émission stellaire dans l'imagerie HST/F814W. Les ellipses noires montrent la fwhm du faisceau synthétisé. Crédit :KU

    Avec de meilleures images des galaxies du télescope spatial Hubble, Rudnick et ses collaborateurs ont réalisé que le gaz pouvait être expulsé des galaxies uniquement par la lumière concentrée des étoiles dans les galaxies, sans avoir besoin d'énergie supplémentaire provenant du gaz tombant sur le trou noir.

    "En utilisant la TVH, ces points flous que nous voyions auparavant depuis nos télescopes au sol montraient maintenant ces caractéristiques qui ressemblaient à une collision de galaxies - il y avait beaucoup de flux d'étoiles autour. Le plus surprenant, ils étaient incroyablement compacts, " a déclaré Rudnick. " La Voie lactée a toutes ses étoiles et son gaz répartis sur 100, 000 années-lumière, ce qui signifie qu'il faut de la lumière 100, 000 ans pour passer d'un bord à l'autre. Ces galaxies, qui sont aussi massives que la Voie Lactée, on dirait qu'ils avaient la majeure partie de leur masse entassée dans quelque chose comme 1, 000 années-lumière. Donc, ils sont énormes, mais ils sont aussi super concentrés. L'idée que nous avons commencé à développer est que ces galaxies sont peut-être si compactes que toute la lumière des étoiles de toutes les étoiles de ces galaxies coincées dans ce petit espace est suffisamment intense par elle-même pour chasser le gaz des galaxies. »

    Rudnick a déclaré que l'idée est que les étoiles émettent des particules lumineuses qui se heurteraient à des particules de gaz et "leur donneraient une petite poussée. La somme de plusieurs de ces petites poussées est suffisante pour pousser tout le gaz hors de la galaxie à des vitesses incroyables."

    "Lorsque vous condensez une Voie lactée entière en un petit point à cause d'une fusion de galaxies, cela peut faire en sorte que des centaines de milliards d'étoiles se trouvent dans un endroit très compact, " dit-il. " Quand cela arrivera, vous pouvez mettre assez de lumière dans un espace assez petit, et cela peut suffire à pousser tout le gaz hors d'une galaxie, sans qu'aucune énergie supplémentaire ne soit nécessaire pour que le gaz tombe dans un trou noir supermassif."

    Les travaux de subvention de la NSF permettront d'approfondir l'observation et l'étude de cette classe de galaxies à auto-extinction. Rudnick a déclaré que lui et ses collègues étudieraient les galaxies d'autant de manières que possible, en utilisant des télescopes tels que l'observatoire à rayons X CHANDRA de la NASA, les observatoires Keck à Hawaï et l'Atacama Large Millimeter Array (ALMA) au Chili.

    « Est-il courant que ces galaxies se ferment de cette façon ? » Il a demandé. "La galaxie est-elle vraiment capable de souffler complètement tout son gaz - ou voyons-nous très vite, petit ruisseau? C'est comme si vous aviez une bouilloire sur la cuisinière et qu'il faisait chaud et qu'un jet de gaz sortait de la bouilloire. Vous savez que ce gaz jaillit, et nous aimerions savoir s'il y a suffisamment de gaz qui sort pour vider complètement la bouilloire."

    Rudnick vient de co-écrire un article paru dans Journal d'astrophysique qui a utilisé le télescope ALMA pour regarder à l'intérieur d'une galaxie à extinction automatique "la plus dense, le gaz le plus froid - la substance qui forme réellement les étoiles." Dans cet article, ils demandent, « Quelles preuves avons-nous de ce gaz qui s'est échappé ? »

    Le chercheur de la KU et ses co-auteurs ont découvert que la galaxie n'était que les restes compacts d'une fusion violente entre deux galaxies. Ce "reste de fusion" abrite également d'énormes vents de gaz moléculaire dense mais sans aucune trace d'un noyau galactique actif. Ils voulaient déterminer à quelle vitesse le gaz dense était chassé de la galaxie.

    "ALMA utilise la lumière avec une longueur d'onde beaucoup plus longue que la lumière visible - avec une longueur d'onde d'un dixième de millimètre, " a déclaré Rudnick. " Il s'avère que les molécules de monoxyde de carbone dans ce gaz émettent une lumière que vous pouvez voir avec un télescope depuis la Terre. La plupart du gaz est en fait de l'hydrogène, mais l'hydrogène est difficile à voir depuis la Terre, donc nous choisissons un gaz trace. C'est un peu comme le gaz naturel, vous ne pouvez pas le sentir, alors ils ont mis quelque chose dedans pour que ça sente les œufs pourris. Le monoxyde de carbone fonctionne comme ça, en ce qu'il nous indique où se trouve l'hydrogène moléculaire difficile à voir. Nous utilisons ALMA pour détecter le monoxyde de carbone et l'utilisons pour détecter la quantité totale de gaz moléculaire. Nous avons trouvé ce gaz, qui constitue une grande partie de ce que la galaxie a, se déplace du centre de la galaxie à 1, 000 kilomètres par seconde. C'est vraiment la substance qui forme les étoiles qui est soufflée."


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