Une équipe internationale d'astronomes du Japon, Le Mexique et l'Université du Massachusetts Amherst qui étudient une "galaxie monstre" à 12,4 milliards d'années-lumière rapportent aujourd'hui que leurs instruments ont atteint une résolution angulaire 10 fois plus élevée que jamais auparavant, révélant des détails structurels de la galaxie auparavant complètement inconnus. Ils ont également pu analyser des propriétés dynamiques qui ne pouvaient pas être sondées auparavant. Les détails apparaissent dans La nature .

On pense que les soi-disant "galaxies monstres" ou galaxies à explosion d'étoiles extrêmes sont les ancêtres des galaxies massives comme la Voie lactée dans l'univers d'aujourd'hui, donc ces découvertes sur la galaxie connue sous le nom de COSMOS-AzTEC-1 ouvrent la voie à la compréhension de leur formation et de leur évolution, disent les chercheurs.

Co-auteur Min Yun, professeur d'astronomie à UMass Amherst et membre de l'équipe qui a découvert cette galaxie à l'aide d'un instrument construit par UMass nommé AzTEC au Chili en 2007, ajoute, "Une vraie surprise est que cette galaxie vue il y a près de 13 milliards d'années a une masse massive, disque de gaz commandé qui est en rotation régulière au lieu de ce à quoi nous nous attendions, ce qui aurait été une sorte d'épave de train désordonnée que la plupart des études théoriques avaient prédit."

Cela dit, il ajoute, ils ont observé que ce disque de gaz est maintenant dynamiquement instable, ce qui signifie que tout le disque de gaz qui compose cette galaxie se fragmente et subit un gigantesque épisode de starburst, ce qui contribue à expliquer son énorme taux de formation d'étoiles, plus de 1, 000 fois celle de la Voie lactée.

Ces découvertes observationnelles les plus récentes de COSMOS-AzTEC-1 ont été rendues possibles par l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un télescope et une installation exploités par un partenariat international au Chili. Ken-ichi Tadaki est l'auteur principal de l'article de cette semaine et un chercheur postdoctoral à la Société japonaise pour la promotion de la science et à l'Observatoire astronomique national du pays. Il dit, "L'une des meilleures parties des observations d'ALMA est de voir des galaxies aussi lointaines avec une résolution sans précédent."

Les astronomes se demandent depuis longtemps pourquoi les galaxies monstres peuvent former des étoiles à un rythme aussi surprenant. Pour commencer à comprendre, ils avaient besoin de caractériser l'environnement autour des pépinières stellaires. Dessiner des cartes détaillées des nuages ​​moléculaires est une étape importante, ils disent.

Tadaki et l'équipe ont découvert que COSMOS-AzTEC-1 est riche en ingrédients d'étoiles, mais il était encore difficile de comprendre la nature du gaz cosmique dans la galaxie. Ils ont utilisé la haute résolution et la haute sensibilité d'ALMA pour observer la galaxie et obtenir une carte détaillée de la distribution et du mouvement du gaz afin de créer la carte de gaz moléculaire la plus haute résolution jamais réalisée pour une galaxie monstre lointaine.

"Nous avons découvert qu'il y a deux grands nuages ​​distincts à plusieurs milliers d'années-lumière du centre, " explique Tadaki. " Dans les galaxies starburst les plus éloignées, les étoiles se forment activement au centre. Il est donc surprenant de trouver des nuages ​​décentrés."

Yun ajoute, "Comment ces galaxies ont-elles pu accumuler une si grande quantité de gaz en premier lieu, puis transformer essentiellement toute la réserve de gaz en étoiles en un clin d'œil, cosmologiquement parlant, était une question complètement inconnue sur laquelle nous ne pouvions que spéculer. Nous avons les premières réponses maintenant."

Il dit, "Jusqu'à ce que ce résultat arrive d'ALMA, personne ne savait comment la nature créait des masses, les jeunes galaxies se sont formées seulement 1 milliard d'années après le Big Bang. Les trouver pour la première fois en utilisant l'instrument AzTEC il y a 10 ans était une vraie découverte, mais cela a défié toute explication."

Avec les nouvelles observations, les membres de l'équipe croient maintenant que la galaxie monstre est alimentée par "un disque extrêmement lourd en gaz qui est en quelque sorte maintenu stable jusqu'à ce que suffisamment de gaz soit amassé. Nous ne savons toujours pas encore combien de gaz est collecté si rapidement et ce qui a gardé cet énorme gaz réserve de s'enflammer et de se transformer en étoiles, comme le gaz est connu pour faire dans l'univers local, " ajoute Yun.

Les astronomes ont découvert que les nuages ​​de gaz dans COSMOS-AzTEC-1 sont très instables, ce qui est inhabituel. En situation normale, ils soulignent, la gravité vers l'intérieur et la pression vers l'extérieur sont équilibrées. Une fois que la gravité surmonte la pression, le nuage de gaz s'effondre et forme des étoiles à un rythme rapide. Puis, les étoiles et les explosions de supernova à la fin du cycle de vie stellaire dégagent des gaz, qui augmentent la pression vers l'extérieur. Par conséquent, la gravité et la pression atteignent un état équilibré et la formation d'étoiles se poursuit à un rythme modéré. De cette façon, la formation d'étoiles dans les galaxies s'autorégule.

Mais dans COSMOS-AzTEC-1, la pression est bien plus faible que la gravité et difficile à équilibrer. Par conséquent, cette galaxie montre une formation d'étoiles en fuite et s'est transformée en une galaxie monstre imparable. Tadaki, Yun et ses collègues estiment que le gaz dans COSMOS-AzTEC-1 sera complètement consommé dans 100 millions d'années, qui est 10 fois plus rapide que dans les autres galaxies en formation d'étoiles.

Pourquoi le gaz dans COSMOS-AzTEC-1 est si instable n'est pas encore clair, mais un phénomène appelé « fusion de galaxies » est une cause possible. La collision des galaxies peut avoir efficacement transporté le gaz dans une petite zone et déclenché une formation intense d'étoiles. Tadaki dit, "À ce moment là, nous n'avons aucune preuve de fusion dans cette galaxie. Mais en observant d'autres galaxies similaires avec ALMA, nous voulons dévoiler la relation entre les fusions de galaxies et les galaxies monstres."