Une simulation du contenu stellaire de l'univers aujourd'hui vu à travers cent millions d'années-lumière. Les astronomes ont utilisé cette simulation pour étudier comment l'accrétion sur un trou noir supermassif éteint la formation d'étoiles galactiques. Crédit :Le projet IllustrisTNG
Les astronomes qui étudient l'évolution de la formation des étoiles au cours du temps cosmique ont découvert que les galaxies au repos (des galaxies qui ne fabriquent actuellement pas beaucoup de nouvelles étoiles) ont fréquemment des noyaux galactiques actifs. Ces AGN accrètent de la matière sur des disques circumnucléaires chauds, et l'énergie résultante est libérée en rafales de rayonnement, ou sous forme de jets de particules se déplaçant à une vitesse proche de la lumière. On soupçonne que ces explosions entraînent des écoulements de gaz sur des milliers d'années-lumière, perturber et disperser le matériau potentiel de formation d'étoiles dans un processus appelé trempe. Le mécanisme d'extinction est en outre auto-limitant puisque la dispersion supprime finalement l'accrétion de gaz sur le trou noir lui-même. Il existe cependant d'autres mécanismes d'extinction proposés :les supernovae produites lors de la formation d'étoiles pourraient être responsables (ou du moins un contributeur important) tout comme les vents stellaires forts. La vérification de ces différentes alternatives est donc un objectif clé de la recherche galactique.
Les astronomes du CFA Bryan Terrazas, Rainer Weinberger et Lars Hernquist et leurs collègues ont utilisé la simulation hydrodynamique à grande échelle appelée IllustrisTNG pour retracer le développement des galaxies et de leurs trous noirs, en particulier pour étudier les corrélations entre la rétroaction des trous noirs et la suppression de la formation d'étoiles. Bien que les détails de l'accrétion des trous noirs ne soient encore que partiellement compris, la simulation permet aux scientifiques de faire varier de nombreux paramètres d'entrée de la simulation pour tester une gamme d'alternatives.
Les astronomes découvrent que les galaxies de l'univers local avec plus de dix milliards de masses d'étoiles auront en effet tendance à éteindre la production d'étoiles une fois que l'énergie des vents provenant de l'accrétion des trous noirs deviendra plus grande que l'énergie gravitationnelle du gaz, et que cela a tendance à se produire lorsque la masse du trou noir supermassif dépasse environ cent soixante millions de masses solaires. Cette valeur semble être assez nettement délimitée :90 % des galaxies avec des trous noirs plus petits sont activement en formation d'étoiles et 90 % des galaxies avec des trous noirs plus grands sont au repos. L'équipe a ensuite comparé les résultats des simulations aux observations de quatre-vingt-onze galaxies (bien qu'il ne s'agisse pas d'un échantillon d'objets complètement représentatif) et trouve généralement un bon accord ; cependant, les observations montrent une gamme beaucoup plus large de comportement.