Les jeunes galaxies flamboient avec de nouvelles étoiles brillantes se formant à un rythme rapide, mais la formation d'étoiles finit par s'arrêter à mesure qu'une galaxie évolue. Une nouvelle étude, publié le 1er janvier 2018, dans La nature , montre que la masse du trou noir au centre de la galaxie détermine la rapidité avec laquelle cette « extinction » de la formation d'étoiles se produit.

Chaque galaxie massive a un trou noir supermassif central, plus d'un million de fois plus massive que le soleil, révélant sa présence par ses effets gravitationnels sur les étoiles de la galaxie et alimentant parfois le rayonnement énergétique d'un noyau galactique actif (AGN). On pense que l'énergie qui se déverse dans une galaxie à partir d'un noyau galactique actif empêche la formation d'étoiles en chauffant et en dissipant le gaz qui se condenserait autrement en étoiles en se refroidissant.

Cette idée existe depuis des décennies, et les astrophysiciens ont découvert que les simulations de l'évolution des galaxies doivent intégrer la rétroaction du trou noir afin de reproduire les propriétés observées des galaxies. Mais les preuves d'observation d'un lien entre les trous noirs supermassifs et la formation d'étoiles ont fait défaut, jusqu'à maintenant.

« Nous avons compilé les commentaires pour que les simulations fonctionnent, sans vraiment savoir comment ça se passe, " dit Jean Brodie, professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'UC Santa Cruz et co-auteur de l'article. "C'est la première preuve d'observation directe où nous pouvons voir l'effet du trou noir sur l'histoire de la formation des étoiles de la galaxie."

Les nouveaux résultats révèlent une interaction continue entre l'activité des trous noirs et la formation d'étoiles tout au long de la vie d'une galaxie, affectant chaque génération d'étoiles formées à mesure que la galaxie évolue.

Dirigé par le premier auteur Ignacio Martín-Navarro, chercheur postdoctoral à l'UC Santa Cruz, l'étude s'est concentrée sur les galaxies massives pour lesquelles la masse du trou noir central avait été mesurée dans des études précédentes en analysant les mouvements des étoiles près du centre de la galaxie. Pour déterminer les histoires de formation d'étoiles des galaxies, Martín-Navarro a analysé les spectres détaillés de leur lumière obtenus par le Hobby-Eberly Telescope Massive Galaxy Survey.

La spectroscopie permet aux astronomes de séparer et de mesurer les différentes longueurs d'onde de la lumière d'un objet. Martín-Navarro a utilisé des techniques informatiques pour analyser le spectre de chaque galaxie et récupérer son histoire de formation d'étoiles en trouvant la meilleure combinaison de populations stellaires pour s'adapter aux données spectroscopiques. "Il vous indique la quantité de lumière provenant de populations stellaires d'âges différents, " il a dit.

Lorsqu'il a comparé les histoires de formation d'étoiles des galaxies avec des trous noirs de masses différentes, il a trouvé des différences frappantes. Ces différences n'étaient corrélées qu'à la masse du trou noir et non à la morphologie galactique, Taille, ou d'autres propriétés.

"Pour les galaxies avec la même masse d'étoiles mais une masse de trou noir différente au centre, ces galaxies avec de plus gros trous noirs ont été éteintes plus tôt et plus rapidement que celles avec de plus petits trous noirs. La formation d'étoiles a donc duré plus longtemps dans ces galaxies avec des trous noirs centraux plus petits, ", a déclaré Martín-Navarro.

D'autres chercheurs ont recherché des corrélations entre la formation d'étoiles et la luminosité des noyaux galactiques actifs, sans succès. Martín-Navarro a dit que c'est peut-être parce que les échelles de temps sont si différentes, avec la formation d'étoiles sur des centaines de millions d'années, tandis que les explosions des noyaux galactiques actifs se produisent sur des périodes de temps plus courtes.

Un trou noir supermassif n'est lumineux que lorsqu'il engloutit activement la matière des régions intérieures de sa galaxie hôte. Les noyaux galactiques actifs sont très variables et leurs propriétés dépendent de la taille du trou noir, le taux d'accrétion de nouveaux matériaux tombant sur le trou noir, et d'autres facteurs.

"Nous avons utilisé la masse du trou noir comme indicateur de l'énergie injectée dans la galaxie par l'AGN, parce que l'accrétion sur des trous noirs plus massifs conduit à une rétroaction plus énergétique des noyaux galactiques actifs, qui étoufferait la formation d'étoiles plus rapidement, ", a expliqué Martín-Navarro.

La nature précise de la rétroaction du trou noir qui éteint la formation d'étoiles reste incertaine, selon le coauteur Aaron Romanowsky, astronome à l'Université d'État de San Jose et aux observatoires de l'UC.

"Il y a différentes manières pour un trou noir d'envoyer de l'énergie dans la galaxie, et les théoriciens ont toutes sortes d'idées sur la façon dont l'extinction se produit, mais il reste encore du travail à faire pour intégrer ces nouvelles observations dans les modèles, ", a déclaré Romanowsky.