Une équipe dirigée par l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) a trouvé le moyen le plus précis de mesurer la vitesse à laquelle les étoiles se forment dans les galaxies en utilisant leur émission radio dans une gamme de fréquences de 1 à 10 gigahertz.

Presque toute la lumière que nous voyons dans l'univers provient d'étoiles qui se forment à l'intérieur de denses nuages ​​de gaz dans le milieu interstellaire. Le taux auquel ils se forment (appelé taux de formation d'étoiles, ou SFR) dépend des réserves de gaz dans les galaxies et des conditions physiques dans le milieu interstellaire, qui varient au fur et à mesure que les étoiles évoluent. Mesurer le taux de formation des étoiles est donc essentiel pour comprendre la formation et l'évolution des galaxies.

Jusqu'à maintenant, une variété d'observations à différentes longueurs d'onde ont été effectuées pour calculer le SFR, chacune avec ses avantages et ses inconvénients. En tant que traceurs SFR les plus utilisés, l'émission visible et ultraviolette peut être en partie absorbée par la poussière interstellaire. Cela a motivé l'utilisation de traceurs hybrides, qui combinent deux ou plusieurs émissions différentes, y compris l'infrarouge, ce qui peut aider à corriger cette absorption de poussière. Cependant, l'utilisation de ces traceurs est souvent incertaine car d'autres sources ou mécanismes qui ne sont pas liés à la formation d'étoiles massives peuvent intervenir et prêter à confusion.

Maintenant, une équipe de recherche internationale dirigée par l'astrophysicienne de l'IAC Fatemeh Tabatabaei a effectué une analyse détaillée de la distribution spectrale de l'énergie d'un échantillon de galaxies, et a pu mesurer, pour la première fois, l'énergie qu'ils émettent dans la gamme de fréquences de 1 à 10 gigahertz qui peut être utilisée pour connaître leurs taux de formation d'étoiles. « Nous avons utilisé » explique ce chercheur « l'émission radio car, dans les études précédentes, une corrélation étroite a été détectée entre la radio et l'émission infrarouge, couvrant une gamme de plus de quatre ordres de grandeur". Pour expliquer cette corrélation, des études plus détaillées étaient nécessaires pour comprendre les sources d'énergie et les processus qui produisent l'émission radio observée dans les galaxies.

"Nous avons décidé au sein du groupe de recherche de faire des études de galaxies à partir de l'échantillon KINGFISH (Key Insights on Nearby Galaxies:a Far-Infrared Survey with Herschel) à une série de radiofréquences", rappelle Eva Schinnerer du Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) à Heidelberg, Allemagne. L'échantillon final est constitué de 52 galaxies aux propriétés très diverses. "Comme un seul plat, le télescope Effelsberg de 100 m avec sa haute sensibilité est l'instrument idéal pour recevoir des flux radio fiables d'objets étendus faibles comme les galaxies", explique Marita Krause du Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) à Bonn, Allemagne, qui était en charge des observations radio de ces galaxies avec le radiotélescope Effelsberg. "Nous l'avons baptisé le projet KINGFISHER, signifiant galaxies KINGFISH émettant à la radio."

Les résultats de ce projet, publié aujourd'hui dans Le Journal d'Astrophysique , montrent que l'émission radio de 1 à 10 gigahertz utilisée est un traceur idéal de formation d'étoiles pour plusieurs raisons. Premièrement, la poussière interstellaire n'atténue ni n'absorbe le rayonnement à ces fréquences; Deuxièmement, il est émis par les étoiles massives pendant plusieurs phases de leur formation, des jeunes objets stellaires aux régions HII (zones de gaz ionisé) et aux restes de supernova, et enfin, il n'est pas nécessaire de le combiner avec un autre traceur. Pour ces raisons, les mesures dans la gamme choisie sont un moyen plus rigoureux d'estimer le taux de formation d'étoiles massives que les traceurs traditionnellement utilisés.

Cette étude clarifie également la nature des processus de rétroaction qui se produisent en raison de l'activité de formation d'étoiles, qui sont la clé de l'évolution des galaxies. « En différenciant les origines du continuum radio, nous pourrions en déduire que les électrons des rayons cosmiques (un composant du milieu interstellaire) sont plus jeunes et plus énergétiques dans les galaxies avec des taux de formation d'étoiles plus élevés, qui peuvent provoquer des vents puissants et des courants sortants et avoir des conséquences importantes sur la régulation de la formation des étoiles", explique Fatemeh Tabatabaei.