La galaxie ultra-lumineuse Arp220. Une étude des puissants écoulements de gaz moléculaire dans ces objets, en utilisant les lignes infrarouges lointaines de la molécule OH, découvre qu'ils peuvent expulser jusqu'à mille masses solaires par an. Crédit :NASA, ESA, et l'équipe Hubble
Les galaxies évoluent sur des milliards d'années en partie grâce à l'activité de formation d'étoiles et de leurs trous noirs nucléaires supermassifs, et aussi par des fusions avec d'autres galaxies. Quelques caractéristiques des galaxies, en particulier les fortes corrélations trouvées entre la masse du trou noir central et des propriétés comme la structure de la vitesse des galaxies ou la luminosité, impliquent un lien fondamental entre la croissance du trou noir nucléaire et l'assemblage d'étoiles à l'échelle mondiale. On s'attend donc à ce que des retours d'information expliquent ces corrélations étroites, et les astronomes ont travaillé pour l'identifier et l'étudier. Une suggestion importante pour la rétroaction est la présence de gaz chaud sortant, alimenté par de nouvelles étoiles mais qui épuiserait la galaxie de la matière première nécessaire à la fabrication de nouvelles étoiles, et/ou pour augmenter la masse du trou noir.
Dans les années 1990, l'Observatoire spatial infrarouge (ISO) a détecté des preuves de gaz chaud dans les galaxies lumineuses, la molécule OH, et le récent Herschel Space Observatory a suivi ces détections avec des observations résolues en vitesse de six des principales lignes infrarouges lointaines OH. les astronomes du CfA Eduardo Gonzalez-Alfonso, Matt Ashby, et Howard Smith a dirigé une équipe de scientifiques réduisant et modélisant les quatre raies fortes dans quatorze galaxies infrarouges ultra-lumineuses (ULIRG). L'ensemble des raies OH des ULIRG est remarquable en ce qu'elles apparaissent parfois en absorption, parfois en émission, et parfois avec un peu des deux selon la ligne particulière et la composante de vitesse. Bon nombre de ces caractéristiques spectrales sont caractéristiques du gaz se déplaçant dans un écoulement, et l'équipe a développé un modèle de transfert radiatif pour déduire la géométrie et la cinématique du gaz qui s'écoule à partir des formes de lignes complexes.
Les scientifiques rapportent qu'il y a en effet de puissants flux sortants dans ces ULIRG, certains avec plus d'un millier de masses solaires par an et la puissance de cent milliards de soleils (quelques pour cent de l'énergie lumineuse totale de la galaxie). Le temps typique qu'il faudrait pour que ce gaz soit soufflé hors de la galaxie n'est que de quelques centaines de millions d'années, et les astronomes concluent que les sorties doivent se produire de manière erratique (pas en continu), et sont probablement liés à l'activité de torchage tout aussi aléatoire du trou noir central, qui à son tour peut être lié aux mouvements de gaz induits par les fusions de galaxies.