Conception d'artiste de flux de gaz (bleu) alimentant un disque galactique. L'afflux alimente la formation de nouvelles étoiles, et parce que le gaz qui tombe tourne, la taille du disque augmente. Crédit :James Josephides, Productions d'astronomie de Swinburne
Un groupe d'astronomes dirigé par Crystal Martin et Stephanie Ho de l'Université de Californie, Santa Barbara, a découvert une chorégraphie cosmique vertigineuse parmi les galaxies stellaires typiques; leur halo gazeux froid semble être en phase avec les disques galactiques, tourner dans le même sens.
Les chercheurs ont utilisé l'observatoire W. M. Keck pour obtenir la toute première preuve d'observation directe montrant que la corotation du gaz halo est non seulement possible, mais commun. Leurs découvertes suggèrent que le halo de gaz tourbillonnant finira par se diriger vers le disque.
"C'est une percée majeure dans la compréhension de la croissance des disques galactiques, " dit Martine, Professeur de physique à l'UC Santa Barbara et auteur principal de l'étude. "Les galaxies sont entourées d'énormes réservoirs de gaz qui s'étendent bien au-delà des parties visibles des galaxies. Jusqu'à présent, il est resté un mystère comment exactement ce matériau est transporté vers les disques galactiques où il peut alimenter la prochaine génération de formation d'étoiles."
L'étude est publiée dans le numéro d'aujourd'hui du Journal d'astrophysique et montre les résultats combinés de 50 galaxies de formation d'étoiles standard prises sur une période de plusieurs années.
Il y a près d'une décennie, les modèles théoriques ont prédit que le moment angulaire du gaz de halo froid en rotation compense partiellement la force gravitationnelle le tirant vers la galaxie, ralentissant ainsi le taux d'accrétion de gaz et allongeant la période de croissance du disque.
Les résultats de l'équipe confirment cette théorie, qui montrent que le moment angulaire du halo gazeux est suffisamment élevé pour ralentir le taux de chute mais pas assez élevé pour arrêter complètement l'alimentation du disque galactique.
J165930+373527 fait partie des galaxies détectées avec un halo gazeux en corotation. Cette image haute résolution NIRC2 de l'observatoire W. M. Keck (rouge) combinée à l'imagerie WFC3 du télescope spatial Hubble (bleu et vert) résout le disque galactique. La rotation galactique a été mesurée à partir des spectres de raies d'émission de l'observatoire W. M. Keck et de l'observatoire Apache Point. Crédit :S. Ho &C. Martin, UC Santa Barbara/W. Observatoire M. Keck/STSCI
Méthodologie
Les astronomes ont d'abord obtenu des spectres de quasars brillants derrière des galaxies en formation d'étoiles pour détecter le gaz de halo invisible par sa signature de raie d'absorption dans les spectres de quasars. Prochain, les chercheurs ont utilisé le système d'optique adaptative des étoiles à guide laser (LGSAO) et la caméra dans le proche infrarouge (NIRC2) de l'observatoire Keck sur le télescope Keck II, avec la caméra à champ large 3 (WFC3) du télescope spatial Hubble, pour obtenir des images à haute résolution des galaxies.
"Ce qui distingue ce travail des études précédentes, c'est que notre équipe a également utilisé le quasar comme "étoile" de référence pour le système AO d'étoiles de guidage laser de Keck, " a déclaré le co-auteur Ho, un étudiant diplômé en physique à l'UC Santa Barbara. "Cette méthode a supprimé le flou causé par l'atmosphère et a produit les images détaillées dont nous avions besoin pour résoudre les disques galactiques et déterminer géométriquement l'orientation des disques galactiques dans l'espace tridimensionnel."
L'équipe a ensuite mesuré les déplacements Doppler des nuages de gaz à l'aide du spectromètre imageur à basse résolution (LRIS) de l'observatoire de Keck, ainsi que l'obtention de spectres de l'observatoire Apache Point. Cela a permis aux chercheurs de déterminer dans quelle direction le gaz tourne et à quelle vitesse. Les données ont prouvé que le gaz tourne dans le même sens que la galaxie, et le moment cinétique du gaz n'est pas plus fort que la force de gravité, ce qui signifie que le gaz va s'enrouler dans le disque galactique.
"Tout comme les patineurs prennent de l'élan et tournent lorsqu'ils ramènent leurs bras vers l'intérieur, le halo gazeux tourne probablement aujourd'hui parce qu'il était autrefois à des distances beaucoup plus grandes où il a été déposé par les vents galactiques, dépouillé des galaxies satellites, ou dirigé vers la galaxie par un filament cosmique, " dit Martine.
Prochaines étapes
La prochaine étape pour Martin et son équipe consiste à mesurer la vitesse à laquelle le halo gazeux est attiré dans le disque galactique. La comparaison du taux d'afflux au taux de formation d'étoiles fournira une meilleure chronologie de l'évolution des galaxies normales à formation d'étoiles, et expliquer comment les disques galactiques continuent de croître sur de très longues échelles de temps qui s'étendent sur des milliards d'années.
