Une image de Messier 101, la Galaxie du Moulinet, réalisé avec le télescope spatial Hubble. Les touffes bleu vif dans les bras spiraux sont des sites de formation récente d'étoiles. Crédit :NASA, ESA, K. Kuntz (JHU), F. Bresolin (Université d'Hawaï), J. Trauger (Laboratoire de propulsion à réaction), J. Moule (NOAO), Y.-H. Chu (Université de l'Illinois, Urbaine), et STScI
Les trous noirs avec des masses équivalentes à des millions de soleils freinent la naissance de nouvelles étoiles, disent les astronomes. En utilisant l'apprentissage automatique et trois simulations de pointe pour sauvegarder les résultats d'un grand relevé du ciel, les chercheurs résolvent un débat de 20 ans sur la formation des étoiles. Joanna Piotrowska, un doctorat étudiant à l'Université de Cambridge, présentera le nouveau travail aujourd'hui lors de la réunion virtuelle nationale d'astronomie (NAM 2021).
La formation d'étoiles dans les galaxies a longtemps été un point focal de la recherche en astronomie. Des décennies d'observations réussies et de modélisation théorique ont permis de bien comprendre comment le gaz s'effondre pour former de nouvelles étoiles à la fois dans et au-delà de notre propre Voie lactée. Cependant, grâce à des programmes d'observation du ciel comme le Sloan Digital Sky Survey (SDSS), les astronomes ont réalisé que toutes les galaxies de l'Univers local ne sont pas en train de former activement des étoiles - il existe une population abondante d'objets "au repos" qui forment des étoiles à des taux nettement inférieurs.
La question de savoir ce qui arrête la formation d'étoiles dans les galaxies reste la plus grande inconnue dans notre compréhension de l'évolution des galaxies, débattu au cours des 20 dernières années. Piotrowska et son équipe ont mis en place une expérience pour découvrir ce qui pourrait être responsable.
À l'aide de trois simulations cosmologiques de pointe - EAGLE, Illustris et IllustrisTNG - les astronomes ont étudié ce que nous nous attendrions à voir dans l'Univers réel tel qu'observé par le SDSS, lorsque différents processus physiques arrêtaient la formation d'étoiles dans les galaxies massives.
Diagramme montrant l'importance relative des trous noirs supermassifs, explosions de supernova, et des halos de matière noire, pour arrêter la formation d'étoiles dans les galaxies. Crédit :Joanna Piotrowska
Les astronomes ont appliqué un algorithme d'apprentissage automatique pour classer les galaxies en formation d'étoiles et en repos, demander lequel des trois paramètres :la masse des trous noirs supermassifs trouvés au centre des galaxies (ces objets monstres ont typiquement des millions voire des milliards de fois la masse de notre Soleil), la masse totale des étoiles de la galaxie, ou la masse du halo de matière noire autour des galaxies, prédit le mieux l'évolution des galaxies.
Ces paramètres ont ensuite permis à l'équipe de déterminer quel processus physique :injection d'énergie par des trous noirs supermassifs, les explosions de supernova ou le chauffage par choc de gaz dans des halos massifs sont responsables de forcer les galaxies à une semi-retraite.
Une image du télescope spatial Hubble de la galaxie elliptique au repos NGC 4150. Dans cette formation d'étoiles s'est essentiellement arrêtée. Crédit :NASA, ESA, R.M. Crockett (Université d'Oxford, ROYAUME-UNI.), S. Kaviraj (Imperial College London et Université d'Oxford, ROYAUME-UNI.), J. Silk (Université d'Oxford), M. Mutchler (Institut scientifique du télescope spatial, Baltimore), R. O'Connell (Université de Virginie, Charlottesville), et le Comité de supervision scientifique du WFC3
Les nouvelles simulations prédisent que la masse du trou noir supermassif est le facteur le plus important pour freiner la formation d'étoiles. Surtout, les résultats de la simulation correspondent aux observations de l'Univers local, ajoutant du poids aux conclusions des chercheurs.
Piotrowska dit :« C'est vraiment excitant de voir comment les simulations prédisent exactement ce que nous voyons dans l'Univers réel. les objets forcent leurs galaxies hôtes à une sorte de semi-retraite de la formation d'étoiles."
