Les premières galaxies massives, celles qui se sont formées dans les 3 milliards d'années qui ont suivi le Big Bang, auraient dû contenir de grandes quantités d'hydrogène gazeux froid, le carburant nécessaire pour faire des étoiles. Mais les scientifiques observant l'univers primitif avec le Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) d'Atacama et le télescope spatial Hubble ont repéré quelque chose d'étrange :une demi-douzaine de galaxies massives primitives qui ont manqué de carburant. Les résultats de la recherche sont publiés aujourd'hui dans La nature .

Connues sous le nom de galaxies « éteintes » – ou galaxies qui ont arrêté la formation d'étoiles – les six galaxies à décalage vers le rouge élevé qui ont été sélectionnées pour l'observation de l'enquête REQUIEM sont incompatibles avec ce que les astronomes attendent de l'univers primitif.

"Les galaxies les plus massives de l'univers vivaient vite et furieusement, créant leurs étoiles dans un laps de temps remarquablement court. Gaz, le carburant de la formation des étoiles, devrait être abondant à ces premiers temps de l'univers, " a déclaré Kate Whitaker, auteur principal de l'étude, et professeur adjoint d'astronomie à l'Université du Massachusetts, Amherst. "Nous pensions à l'origine que ces galaxies éteintes avaient freiné quelques milliards d'années seulement après le Big Bang. Dans nos nouvelles recherches, nous avons conclu que les premières galaxies n'ont pas réellement freiné, mais plutôt, ils fonctionnaient à vide."

Pour mieux comprendre comment les galaxies se sont formées et sont mortes, l'équipe les a observés en utilisant Hubble, qui a révélé des détails sur les étoiles résidant dans les galaxies. Des observations simultanées avec ALMA ont révélé l'émission du continuum des galaxies - un traceur de poussière - à des longueurs d'onde millimétriques, permettant à l'équipe de déduire la quantité de gaz dans les galaxies. L'utilisation des deux télescopes est par une conception soignée, car le but de REQUIEM est d'utiliser des lentilles gravitationnelles puissantes comme télescope naturel pour observer les galaxies dormantes avec une résolution spatiale plus élevée. Cette, à son tour, donne aux scientifiques une vision claire des événements internes des galaxies, une tâche souvent impossible avec ceux qui fonctionnent à vide.

"Si une galaxie ne fabrique pas beaucoup de nouvelles étoiles, elle devient très faible très rapidement, il est donc difficile voire impossible de les observer en détail avec un télescope individuel. REQUIEM résout ce problème en étudiant les galaxies à lentille gravitationnelle, ce qui signifie que leur lumière s'étire et s'amplifie lorsqu'elle se courbe et se déforme autour d'autres galaxies beaucoup plus proches de la Voie lactée, " a déclaré Justin Spilker, un co-auteur de la nouvelle étude, et un boursier postdoctoral Hubble de la NASA à l'Université du Texas à Austin. "De cette façon, lentille gravitationnelle, combiné au pouvoir de résolution et à la sensibilité de Hubble et ALMA, agit comme un télescope naturel et fait apparaître ces galaxies mourantes plus grandes et plus lumineuses qu'elles ne le sont en réalité, nous permettant de voir ce qui se passe et ce qui ne se passe pas."

Les nouvelles observations ont montré que l'arrêt de la formation d'étoiles dans les six galaxies cibles n'était pas causé par une soudaine inefficacité dans la conversion du gaz froid en étoiles. Au lieu, c'était le résultat de l'épuisement ou de la suppression des réservoirs de gaz dans les galaxies. "Nous ne comprenons pas encore pourquoi cela se produit, mais des explications possibles pourraient être que soit l'approvisionnement en gaz primaire alimentant la galaxie est coupé, ou peut-être qu'un trou noir supermassif injecte de l'énergie qui maintient le gaz chaud dans la galaxie, " a déclaré Christine Williams, astronome à l'Université de l'Arizona et co-auteur de la recherche. "Essentiellement, cela signifie que les galaxies sont incapables de remplir le réservoir de carburant, Et ainsi, impossible de redémarrer le moteur sur la production d'étoiles."

L'étude représente également un certain nombre de premières importantes dans la mesure des premières galaxies massives, synthétiser les informations qui guideront les futures études de l'univers primitif pour les années à venir. "Ce sont les premières mesures du continuum de poussières froides de galaxies dormantes lointaines, et en fait, les premières mesures de ce genre en dehors de l'univers local, " dit Whitaker, ajoutant que la nouvelle étude a permis aux scientifiques de voir combien de gaz les galaxies mortes contiennent. "Nous avons pu sonder le carburant de la formation d'étoiles dans ces premières galaxies massives assez profondément pour prendre les premières mesures de la lecture du réservoir de gaz, nous donnant un point de vue critique sur les propriétés des gaz froids de ces galaxies. »

Bien que l'équipe sache maintenant que ces galaxies fonctionnent à vide et que quelque chose les empêche de remplir le réservoir et de former de nouvelles étoiles, l'étude ne représente que la première d'une série d'enquêtes sur ce qui a fait disparaître les premières galaxies massives, ou pas. "Nous avons encore tant à apprendre sur les raisons pour lesquelles les galaxies les plus massives se sont formées si tôt dans l'univers et pourquoi elles ont arrêté leur formation d'étoiles alors qu'une telle quantité de gaz froid était à leur disposition, " a déclaré Whitaker. " Le simple fait que ces énormes bêtes du cosmos aient formé 100 milliards d'étoiles en un milliard d'années environ, puis arrêtent soudainement leur formation d'étoiles est un mystère que nous aimerions tous résoudre, et REQUIEM a fourni le premier indice."