Une image Hubble de la galaxie à disque spirale NGC3972. Les astronomes ont développé un nouveau modèle pour expliquer pourquoi le taux de formation d'étoiles dans presque toutes les galaxies à disques, dont la Voie lactée, est si petit, et pourquoi il est corrélé de la même manière avec la masse de gaz et les mouvements d'une galaxie. Crédit :NASA/Hubble
Des galaxies à disques comme notre propre Voie lactée, caractérisé par un disque aplati d'étoiles et de gaz (souvent avec un renflement central de matière également) ont une large gamme de masses, étendues spatiales, et contenu stellaire. Néanmoins toutes les galaxies à disques, à la fois localement et dans l'Univers lointain, partagent des propriétés étonnamment similaires. Le plus remarquable est que le taux de formation d'étoiles est étroitement corrélé avec la teneur en gaz de la galaxie, les mouvements de gaz (la « dispersion de vitesse »), et la durée de vie dynamique (en gros, le temps qu'il faut à la galaxie pour tourner une fois). De plus, ce taux curieusement universel est remarquablement faible :seulement environ un pour cent du gaz dans les galaxies à disques se transforme en étoiles sur cette échelle de temps, avec une grande partie de l'activité concentrée dans les régions centrales des galaxies. La plupart des modèles simples de formation d'étoiles prédisent que la gravité devrait être beaucoup plus efficace pour former des étoiles car elle comprime le gaz dans les nuages moléculaires. Les observations indiquent que les corrélations et l'inefficacité s'étendent jusqu'à l'échelle des nuages moléculaires individuels.
Les astronomes du CfA Blakesley Burkhart et John Forbes et deux collègues ont développé un nouveau modèle unifié pour les disques de galaxies qui explique ces phénomènes, et quelques autres en plus. Les scientifiques montrent que la corrélation entre le taux de formation d'étoiles et le mouvement du gaz n'est pas causée par ces mouvements, mais plutôt par le transport de matière à l'intérieur de la galaxie, qui affecte les deux. Le modèle maintient un état d'équilibre gazeux et une stabilité gravitationnelle marginale en incluant dans une galaxie le transport radial du gaz vers son noyau ainsi que la rétroaction turbulente de la formation d'étoiles. Ces deux considérations sont relativement simples en principe mais produisent une amélioration spectaculaire de l'accord entre les observations et la théorie, par exemple en expliquant comment se produit l'extinction finale de la formation d'étoiles. Le nouveau travail fournit également une explication naturelle des époques cosmiques auxquelles les galaxies forment des renflements et des disques.