On pense que les trous noirs engloutissent tellement de matériaux environnants qu'ils mettent fin à la vie de leur galaxie hôte. Dans ce processus, ils créent un objet hautement énergétique appelé quasar qui était auparavant censé arrêter la naissance des étoiles. Maintenant, les chercheurs ont trouvé une galaxie qui survit aux forces voraces d'un quasar en continuant à faire naître de nouvelles étoiles – environ 100 étoiles de la taille du Soleil par an.

La découverte de l'Observatoire stratosphérique d'astronomie infrarouge (SOFIA) peut expliquer comment des galaxies massives sont apparues alors que l'Univers est dominé par des galaxies qui ne forment plus d'étoiles. Les résultats sont publiés dans le Journal d'astrophysique .

"Cela nous montre que la croissance des trous noirs actifs n'arrête pas instantanément la naissance des étoiles, qui va à l'encontre de toutes les prédictions scientifiques actuelles, " a déclaré Allison Kirkpatrick, professeur adjoint à l'Université du Kansas à Lawrence Kansas et co-auteur de l'étude. "Cela nous amène à repenser nos théories sur l'évolution des galaxies."

SOFIA, un projet commun de la NASA et du Centre aérospatial allemand, DLR, étudié une galaxie extrêmement lointaine, situé à plus de 5,25 milliards d'années-lumière appelé CQ4479. En son cœur se trouve un type spécial de quasar récemment découvert par Kirkpatrick appelé « quasar froid ». Dans ce genre de quasar, le trou noir actif se régale toujours de la matière de sa galaxie hôte, mais l'intense énergie du quasar n'a pas ravagé tout le gaz froid, afin que les étoiles puissent continuer à se former et que la galaxie continue de vivre. C'est la première fois que des chercheurs examinent en détail un quasar froid, mesurer directement la croissance du trou noir, taux de natalité des étoiles, et combien de gaz froid reste pour alimenter la galaxie.

"Nous avons été surpris de voir une autre galaxie bizarre qui défie les théories actuelles, " a déclaré Kevin Cooke, chercheur postdoctoral à l'Université du Kansas à Lawrence, Kansas, et auteur principal de cette étude. "Si cette croissance en tandem se poursuit, le trou noir et les étoiles qui l'entourent tripleraient de taille avant que la galaxie n'atteigne la fin de sa vie."

En tant que l'un des objets les plus brillants et les plus éloignés de l'univers, quasars, ou "sources radio quasi-stellaires, " sont notoirement difficiles à observer, car ils éclipsent souvent tout ce qui les entoure. Ils se forment lorsqu'un trou noir particulièrement actif consomme d'énormes quantités de matière de sa galaxie environnante, créant de fortes forces gravitationnelles. Alors que de plus en plus de matériaux tournent de plus en plus vite vers le centre du trou noir, le matériau chauffe et brille de mille feux. Un quasar produit tellement d'énergie qu'il surpasse souvent tout ce qui l'entoure, tentatives aveuglantes d'observer sa galaxie hôte. Les théories actuelles prédisent que cette énergie chauffe ou expulse le gaz froid nécessaire à la création des étoiles, arrêter la naissance des étoiles et porter un coup fatal à la croissance d'une galaxie. Mais SOFIA révèle, qu'il y a une période relativement courte pendant laquelle la naissance des étoiles de la galaxie peut se poursuivre tandis que le festin du trou noir continue d'alimenter les puissantes forces du quasar.

Plutôt que d'observer directement les étoiles nouveau-nées, SOFIA a utilisé son télescope de 9 pieds pour détecter la lumière infrarouge émise par la poussière chauffée par le processus de formation des étoiles. En utilisant les données collectées par la caméra aéroportée à large bande haute résolution de SOFIA, ou appareil HAWC+, les scientifiques ont pu estimer la quantité de formation d'étoiles au cours des 100 derniers millions d'années.

"SOFIA nous permet de voir dans cette brève fenêtre de temps où les deux processus peuvent coexister, " a déclaré Cooke. "C'est le seul télescope capable d'étudier la naissance des étoiles dans cette galaxie sans être submergé par le quasar intensément lumineux."

La courte fenêtre de croissance conjointe d'un trou noir et d'une étoile représente une phase précoce de la mort d'une galaxie, où la galaxie n'a pas encore succombé aux effets dévastateurs du quasar. Des recherches continues avec SOFIA sont nécessaires pour savoir si de nombreuses autres galaxies traversent une étape similaire avec une croissance conjointe des trous noirs et des étoiles avant d'atteindre finalement la fin de leur vie. Observations futures avec le télescope spatial James Webb, dont le lancement est prévu en 2021, découvrirait comment les quasars affectent la forme globale de leurs galaxies hôtes.