Pour naître, les galaxies ont besoin d'un régime régulier de gaz froids pour subir un effondrement gravitationnel. Plus la galaxie est grande, plus il a besoin de gaz froid pour fusionner et croître.

Les galaxies massives trouvées dans l'univers primitif avaient besoin de beaucoup de gaz froid, une réserve totalisant jusqu'à 100 milliards de fois la masse de notre soleil.

Mais où est-ce que ces débuts, les galaxies de grande taille reçoivent autant de gaz froid lorsqu'elles sont encerclées par un environnement plus chaud ?

Dans une nouvelle étude, les astronomes dirigés par l'Université de l'Iowa rapportent directement, des preuves d'observation de flux de gaz froid qui, selon eux, ont été approvisionnés tôt, galaxies massives. Ils ont détecté des gazoducs froids qui traversaient l'atmosphère chaude dans le halo de matière noire d'une galaxie massive primitive, fournissant les matériaux nécessaires à la galaxie pour former des étoiles.

Il y a environ deux décennies, les physiciens travaillant avec des simulations ont théorisé qu'au début de l'univers, filaments cosmiques convoyés gaz froid et embryonnaire, galaxies en forme de nœud à un halo de matière noire, où tout s'est agglutiné pour former des galaxies massives. La théorie supposait que les filaments devaient être étroits et densément remplis de gaz froid pour éviter d'être décollés par l'atmosphère environnante plus chaude.

Mais la théorie manquait de preuves directes. Dans cette étude, les scientifiques ont étudié une région gazeuse entourant une galaxie massive formée lorsque l'univers avait environ 2,5 milliards d'années, ou seulement 20 % de son âge actuel. La galaxie n'avait pas été étudiée auparavant, et il a fallu cinq ans à l'équipe pour déterminer son emplacement et sa distance exacts (grâce à son décalage vers le rouge). L'équipe avait besoin d'un observatoire spécialement équipé, l'Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, parce que l'environnement de la galaxie cible est si poussiéreux qu'il ne peut être vu que dans la gamme submillimétrique du spectre électromagnétique.

"C'est le prototype, le premier cas où nous avons détecté un flux à l'échelle du halo qui alimente une galaxie très massive, " dit Hai Fu, professeur agrégé au département de physique et d'astronomie de l'Iowa et auteur principal et correspondant de l'étude. « Sur la base de nos observations, ces cours d'eau peuvent remplir le réservoir en environ un milliard d'années, ce qui est bien plus court que le temps dont disposait la galaxie à l'époque que nous observions."

Surtout, les chercheurs ont localisé deux quasars de fond qui sont projetés à des distances angulaires proches de la galaxie cible, un peu comme la façon dont le mouvement de Jupiter et de Saturne les a rapprochés l'un de l'autre lorsqu'ils sont vus de la Terre lors de la Grande Conjonction en décembre dernier. En raison de cette configuration unique, la lumière des quasars pénétrant dans le halo gazeux de la galaxie du premier plan a laissé des "empreintes digitales" chimiques qui ont confirmé l'existence d'un étroit flux de gaz froid.

Ces empreintes chimiques ont montré que le gaz dans les flux avait une faible concentration d'éléments lourds tels que l'aluminium, carbone, fer à repasser, et magnésium. Étant donné que ces éléments se forment lorsque l'étoile brille encore et sont libérés dans le milieu environnant lorsque l'étoile meurt, les chercheurs ont déterminé que les flux de gaz froid doivent venir de l'extérieur, plutôt que d'être expulsé de la galaxie stellaire elle-même.

« Parmi les 70, 000 galaxies starburst dans notre étude, c'est le seul associé à deux quasars qui sont tous les deux suffisamment proches pour sonder le halo gazeux. Encore plus, les deux quasars sont projetés du même côté de la galaxie de sorte que leur lumière puisse être bloquée par le même flux à deux distances angulaires différentes." dit Fu. "Alors, Je me sens extrêmement chanceux que la nature nous ait offert cette opportunité de détecter cette artère majeure menant au cœur d'une galaxie phénoménale au cours de son adolescence."

L'étude, "Un long flux de gaz froid pauvre en métal autour d'une galaxie massive d'étoiles à Z =2,67, " a été publié en ligne dans le Journal d'astrophysique 24 février.