À l'aide du Very Large Telescope et du radiotélescope ALMA au Chili, une équipe d'astronomes comprenant des chercheurs de l'Institut Niels Bohr a découvert un essaim de galaxies en orbite autour d'une galaxie hyperlumineuse et vigoureusement stellaire dans l'univers primitif. L'observation fournit des indices importants sur la façon dont les galaxies exceptionnellement brillantes se développent et sur la façon dont elles évoluent en quasars énergétiques, émettant de la lumière dans la majeure partie de l'univers observable.

Un problème fondamental en astronomie est la question de savoir comment les galaxies se forment, grandissent et évoluent.

Dans le cadre de leur évolution, la plupart des galaxies semblent favoriser un trou noir supermassif en leur centre. Ces monstres gravitationnels avalent occasionnellement du gaz et des étoiles à proximité, crachant l'excès d'énergie sous forme de jets puissants, un phénomène connu sous le nom de quasar.

De la galaxie au quasar

De nombreux détails sur la transition des galaxies "normales" aux quasars sont encore inconnus. Mais dans une nouvelle étude publiée dans Nature Communications , une équipe d'astronomes dirigée par Michele Ginolfi à l'ESO, Garching, a peut-être fait un pas de plus vers la compréhension de cette évolution.

"Avant d'évoluer vers un quasar à part entière, on pense que certaines galaxies passent par une phase très poussiéreuse et très" active "en termes de formation d'étoiles et d'accrétion de gaz sur leurs trous noirs supermassifs centraux", explique Ginolfi. "Nous avons décidé de concevoir une expérience pour en savoir plus sur cette phase de transition."

Ginolfi et ses collaborateurs se sont concentrés sur une galaxie déjà connue, W0410-0913, l'une des galaxies les plus brillantes, les plus massives et les plus riches en gaz de l'univers lointain, vue il y a 12 milliards d'années.

La poussière est chauffée par l'énergie de la lumière des étoiles et du trou noir central, la faisant briller et divulguant la galaxie à travers sa lumière infrarouge. Cela a conduit ce type de galaxies à être appelées galaxies chaudes obscurcies par la poussière (également appelées familièrement "chiens chauds").

Galaxies en 3D

Parce que l'évolution des galaxies est intrinsèquement liée à leur environnement, Ginolfi et son équipe - dont le noyau était composé de manière quelque peu atypique de chercheurs en début de carrière - ont décidé d'observer W0410-0913 avec l'instrument "MUSE" au Very Large Telescope (VLT) au Chili . Cet outil avancé leur a permis d'étudier une région 40 fois plus large que la galaxie elle-même.

Peter Laursen du Cosmic Dawn Center de Copenhague a participé à l'étude. Il explique :« Les observations ont révélé que W0410-0913 est entouré d'un essaim de pas moins de 24 galaxies plus petites. Ce qui est cool avec l'instrument MUSE, c'est que nous pouvons mesurer non seulement leur position dans le ciel, mais aussi leur distance le long de notre planète. ligne de mire. En d'autres termes, nous pouvons mesurer leurs positions 3D."

Bien que cela implique que W0410-0913 réside dans une région au moins dix fois plus dense que l'univers moyen, ce n'est pas tout à fait inattendu, car on pense en effet que les hot-dogs vivent dans des environnements denses.

Un accident de voiture galactique

De plus, alors que W0410-0913 est vue à une époque où l'univers avait 1/8 de son âge actuel, elle est déjà dix fois plus massive que notre propre galaxie, la Voie lactée. La croissance d'une si grande galaxie en si peu de temps et l'alimentation d'un trou noir supermassif nécessitent un approvisionnement substantiel en matière fraîche. Tout cela correspond bien à l'image conventionnelle selon laquelle les galaxies massives se développent en accrétant des galaxies gazeuses et satellites, attirées depuis l'espace intergalactique par leur immense gravité.

En fait, dans un environnement aussi dense, le taux d'interactions et de fusion des galaxies devrait être très élevé. Exposés à un tel bombardement, les astronomes s'attendaient à ce que W0410-0913 soit une épave de voiture composée d'amas de gaz et d'étoiles tourbillonnant chaotiquement.

Cependant, en creusant d'anciennes observations obtenues par les antennes radio ALMA situées à seulement 300 km au nord-est du VLT, Ginolfi et ses collègues ont pu mesurer le mouvement interne du gaz à l'intérieur de W0410-0913.

Et ici, une image complètement différente a émergé.

Lancer des cailloux sur une vitre

Étonnamment, les observations d'ALMA ont révélé que W0410-0913 ne semble pas du tout avoir été perturbé par des interactions avec des galaxies compagnes. Selon les observations, ce gaz tourne bien et de manière ordonnée autour du trou noir central. Ordonné, mais étonnamment rapide, avec des vitesses atteignant 500 km/s.

"En couplant les résultats des deux télescopes très différents, nous voyons une image de la façon dont les galaxies les plus massives et poussiéreuses peuvent évoluer. Ce type de galaxies, une étape vitale dans la transition d'une galaxie poussiéreuse et formatrice d'étoiles à un quasar, tend pousser dans des environnements très denses », explique Ginolfi. "Nevertheless, despite the expected frequent merging with other galaxies, these gravitational interactions are not necessarily destructive—they feed the central galaxy and whirl up the gas a bit, but leave it practically intact. A bit like throwing small pebbles against a pane of solid glass:you may scratch it, but won't break it…"

Michele Ginolfi's observations offer first clues on the multi-scale process that drive the evolution of the rare and extreme population of hot dust-obscured galaxies. They grow in dense, special habitats, but the interaction with their companions can be gentle.

As a parable to this galactic car crash, the study came close to not being conducted at all, when Michele Ginolfi got stuck in a traffic jam in Rome's traffic, having to submit the proposal using his phone from his car, minutes before the deadline. + Explorer plus loin

Supermassive black holes inside dying galaxies detected in early universe