Il y a une dizaine d'années, les astronomes ont découvert une population de petits, mais des galaxies massives appelées « pépites rouges ». Une nouvelle étude utilisant l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA indique que les trous noirs ont étouffé la formation d'étoiles dans ces galaxies et pourraient avoir utilisé une partie du carburant stellaire inexploité pour atteindre des proportions inhabituellement massives.

Les pépites rouges ont été découvertes pour la première fois par le télescope spatial Hubble à de grandes distances de la Terre, correspondant à des périodes seulement environ trois ou quatre milliards d'années après le Big Bang. Ce sont des reliques des premières galaxies massives qui se sont formées seulement un milliard d'années après le Big Bang. Les astronomes pensent qu'ils sont les ancêtres des galaxies elliptiques géantes vues dans l'Univers local. Les masses des pépites rouges sont similaires à celles des galaxies elliptiques géantes, mais ils ne font qu'environ un cinquième de leur taille.

Alors que la plupart des pépites rouges ont fusionné avec d'autres galaxies sur des milliards d'années, un petit nombre a réussi à se faufiler à travers la longue histoire du cosmos intact. Ces pépites rouges indemnes représentent une occasion en or d'étudier comment les galaxies, et le trou noir supermassif en leurs centres, agir sur des milliards d'années d'isolement.

Pour la première fois, Chandra a été utilisé pour étudier le gaz chaud dans deux de ces pépites rouges isolées, MRK 1216, et PGC 032673. Ils sont situés respectivement à seulement 295 millions et 344 millions d'années-lumière de la Terre, plutôt que des milliards d'années-lumière pour les premières pépites rouges connues. Ce gaz chaud émetteur de rayons X contient l'empreinte de l'activité générée par les trous noirs supermassifs dans chacune des deux galaxies.

"Ces galaxies existent depuis 13 milliards d'années sans jamais interagir avec une autre du genre, " a déclaré Norbert Werner du groupe de recherche sur l'univers chaud et l'astrophysique de l'Université MTA-Eötvös de Lendület à Budapest, Hongrie, qui a dirigé l'étude. "Nous constatons que les trous noirs de ces galaxies prennent le relais et que le résultat n'est pas bon pour les nouvelles étoiles qui tentent de se former."

Les astronomes savent depuis longtemps que la matière tombant vers les trous noirs peut être redirigée vers l'extérieur à grande vitesse en raison des champs gravitationnels et magnétiques intenses. Ces jets à grande vitesse peuvent freiner la formation d'étoiles. Cela se produit parce que les explosions à proximité du trou noir fournissent une puissante source de chaleur, empêchant le gaz interstellaire chaud de la galaxie de se refroidir suffisamment pour permettre la formation d'un grand nombre d'étoiles.

La température du gaz chaud est plus élevée au centre de la galaxie MRK 1216 par rapport à son environnement, montrant les effets du réchauffement récent par le trou noir. Aussi, une émission radio est observée depuis le centre de la galaxie, une signature de jets de trous noirs. Finalement, l'émission de rayons X à proximité du trou noir est environ cent millions de fois inférieure à une limite théorique de la vitesse de croissance d'un trou noir - appelée "limite d'Eddington" - où la pression de rayonnement vers l'extérieur est équilibrée par la pression vers l'intérieur force de gravité. Ce faible niveau d'émission de rayons X est typique des trous noirs produisant des jets. Tous ces facteurs fournissent des preuves solides que l'activité générée par les trous noirs supermassifs centraux dans ces galaxies à pépites rouges supprime la formation de nouvelles étoiles.

Les trous noirs et le gaz chaud peuvent avoir une autre connexion. Les auteurs suggèrent qu'une grande partie de la masse du trou noir pourrait s'être accumulée à partir du gaz chaud entourant les deux galaxies. Les trous noirs dans MRK 1216 et PGC 032873 sont parmi les plus massifs connus, avec des masses estimées à environ cinq milliards de fois celle du Soleil, sur la base d'observations optiques des vitesses des étoiles proches des centres des galaxies. Par ailleurs, les masses du trou noir MRK 1216 et peut-être celui de PGC 032873 sont estimées à quelques pour cent des masses combinées de toutes les étoiles dans les régions centrales des galaxies, alors que dans la plupart des galaxies, le rapport est environ dix fois moindre.

"Apparemment, laissés à eux-mêmes, les trous noirs peuvent agir un peu comme un tyran, " a déclaré le co-auteur Kiran Lakhchaura, également de l'Université MTA-Eötvös.

"Non seulement ils empêchent de nouvelles étoiles de se former, " a déclaré le co-auteur Massimo Gaspari, un boursier Einstein de l'Université de Princeton, "ils peuvent également prendre une partie de ce matériel galactique et l'utiliser pour se nourrir."

En outre, le gaz chaud dans et autour de PGC 032873 est environ dix fois plus faible que le gaz chaud autour de MRK 1216. Parce que les deux galaxies semblent avoir évolué de manière isolée au cours des 13 derniers milliards d'années, cette différence pourrait provenir d'explosions plus féroces du trou noir de PGC 032873 dans le passé, qui a soufflé la plupart des gaz chauds.

"Les données Chandra nous en disent plus sur ce que le long, voyage solitaire à travers le temps cosmique a été comme pour ces galaxies pépites rouges, " a déclaré la co-auteure Rebecca Canning de l'Université de Stanford. " Bien que les galaxies n'aient pas interagi avec d'autres, ils ont montré beaucoup d'agitation intérieure."

Un article décrivant ces résultats dans le dernier numéro de la Avis mensuels de la Royal Astronomical Society journal et est disponible en ligne.