Les galaxies se présentent sous une grande variété de formes et de tailles. Certaines des différences les plus significatives entre les galaxies, cependant, se rapportent à où et comment ils forment de nouvelles étoiles. Des recherches convaincantes pour expliquer ces différences ont été insaisissables, mais c'est sur le point de changer.

Un vaste, nouveau projet de recherche avec l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), connu sous le nom de PHANGS-ALMA (Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS), se penche sur cette question avec beaucoup plus de puissance et de précision que jamais en mesurant les données démographiques et les caractéristiques d'un nombre impressionnant de 100, 000 pépinières stellaires individuelles réparties dans 74 galaxies.

PHANGS-ALMA, une campagne de recherche sans précédent et en cours, a déjà accumulé un total de 750 heures d'observations et donné aux astronomes une compréhension beaucoup plus claire de la façon dont le cycle de formation des étoiles change, selon la taille, âge, et la dynamique interne de chaque galaxie individuelle. Cette campagne est dix à cent fois plus puissante (selon vos paramètres) que n'importe quelle enquête précédente de ce type.

"Certaines galaxies regorgent furieusement de nouvelles étoiles tandis que d'autres ont depuis longtemps utilisé la majeure partie de leur carburant pour la formation d'étoiles. L'origine de cette diversité peut très probablement résider dans les propriétés des pépinières stellaires elles-mêmes, " a déclaré Erik Rosolowsky, astronome à l'Université de l'Alberta au Canada et co-chercheur principal de l'équipe de recherche PHANGS-ALMA.

Il a présenté les premiers résultats de cette recherche lors de la 233e réunion de l'American Astronomical Society qui se tient cette semaine à Seattle, Washington. Plusieurs articles basés sur cette campagne ont également été publiés dans le Journal d'astrophysique et le Lettres de revues astrophysiques .

"Les observations précédentes avec les générations précédentes de radiotélescopes fournissent des informations cruciales sur la nature du froid, pépinières stellaires denses, " dit Rosolowsky. " Ces observations, cependant, manquait de sensibilité, résolution à petite échelle, et le pouvoir d'étudier toute l'étendue des pépinières stellaires à travers l'ensemble de la population des galaxies locales. Cela a sévèrement limité notre capacité à relier le comportement ou les propriétés des pépinières stellaires individuelles aux propriétés des galaxies dans lesquelles elles vivent."

Depuis des décennies, les astronomes ont émis l'hypothèse qu'il existe des différences fondamentales dans la façon dont les galaxies à disques de différentes tailles convertissent l'hydrogène en nouvelles étoiles. Certains astronomes théorisent que plus grand, et généralement des galaxies plus anciennes, ne sont pas aussi efficaces à la production stellaire que leurs petits cousins. L'explication la plus logique serait que ces grandes galaxies ont des nurseries stellaires moins performantes. Mais tester cette idée avec des observations a été difficile.

Pour la première fois, ALMA permet aux astronomes d'effectuer le vaste recensement nécessaire pour déterminer comment les propriétés à grande échelle (taille, mouvement, etc.) d'une galaxie influencent le cycle de formation des étoiles à l'échelle des nuages ​​moléculaires individuels. Ces nuages ​​ne font que quelques dizaines à quelques centaines d'années-lumière de diamètre, qui est phénoménalement petit à l'échelle d'une galaxie entière, surtout vu à des millions d'années-lumière.

"Les étoiles se forment plus efficacement dans certaines galaxies que dans d'autres, mais le manque de haute résolution, les observations à l'échelle des nuages ​​signifiaient que nos théories étaient faiblement testées, c'est pourquoi ces observations ALMA sont si critiques, " dit Adam Leroy, astronome à l'Ohio State University et co-investigateur principal de l'équipe PHANGS-ALMA.

Une partie du mystère de la formation des étoiles, notent les astronomes, a à voir avec le milieu interstellaire - toute la matière et l'énergie qui remplit l'espace entre les étoiles.

Les astronomes comprennent qu'il existe une boucle de rétroaction continue dans et autour des pépinières stellaires. Dans ces nuages, des poches de gaz dense s'effondrent et forment des étoiles, qui perturbe le milieu interstellaire.

"En effet, la comparaison des premières observations de PHANGS avec les emplacements des étoiles nouvellement formées montre que les étoiles nouvellement formées détruisent rapidement leurs nuages ​​de naissance, " a déclaré Rosolowsky. " L'équipe PHANGS étudie comment cette perturbation se joue dans différents types de galaxies, ce qui peut être un facteur clé dans l'efficacité de la formation d'étoiles."

Pour cette recherche, ALMA observe des molécules de monoxyde de carbone (CO) provenant de tous relativement massifs, généralement des galaxies spirales de face visibles depuis l'hémisphère sud. Les molécules de CO émettent naturellement la lumière de longueur d'onde millimétrique qu'ALMA peut détecter. Ils sont particulièrement efficaces pour mettre en évidence l'emplacement des nuages ​​stellaires.

"ALMA est une machine incroyablement efficace pour cartographier le monoxyde de carbone sur de vastes zones dans les galaxies voisines, " a déclaré Leroy. " Il a pu effectuer cette enquête grâce à la puissance combinée des paraboles de 12 mètres, qui étudient les caractéristiques à petite échelle, et le plus petit, Paraboles de 7 mètres au centre du tableau, qui sont sensibles aux caractéristiques à grande échelle, essentiellement combler les lacunes. »

Une enquête d'accompagnement, PHANGS-MUSE, utilise le Very Large Telescope pour obtenir une imagerie optique des 19 premières galaxies observées par ALMA. MUSE signifie Multi-Unit Spectroscopic Explorer. Une autre enquête, PHANGS-HST utilise le télescope spatial Hubble pour étudier 38 de ces galaxies afin de trouver leurs plus jeunes amas stellaires. Ensemble, ces trois enquêtes donnent une image étonnamment complète de la façon dont les galaxies forment des étoiles en sondant le gaz moléculaire froid, son mouvement, l'emplacement du gaz ionisé (régions où les étoiles se forment déjà), et les populations stellaires complètes des galaxies.

« En astronomie, nous n'avons aucune capacité de regarder le cosmos changer au fil du temps; les échelles de temps éclipsent simplement l'existence humaine, " a noté Rosolowsky. " Nous ne pouvons pas regarder un objet pour toujours, mais nous pouvons observer des centaines de milliers de nuages ​​stellaires dans des galaxies de tailles et d'âges différents pour en déduire le fonctionnement de l'évolution galactique. C'est la vraie valeur de la campagne PHANGS-ALMA."

"Nous examinons également des milliers à des dizaines de milliers de régions de formation d'étoiles dans chaque galaxie, les attraper tout au long de leur cycle de vie. Cela nous permet de construire une image de la naissance et de la mort des pépinières stellaires à travers les galaxies, quelque chose de presque impossible avant ALMA, " ajouta Leroy.

Jusque là, PHANGS-ALMA en a étudié environ 100, 000 objets semblables à la nébuleuse d'Orion dans l'univers voisin. On s'attend à ce que la campagne en observe à terme environ 300, 000 régions de formation d'étoiles.