Comment évoluent les galaxies ? Un étudiant a peut-être fourni le chaînon manquant

Un étudiant de premier cycle de l’Université du Massachusetts à Amherst a contribué à des travaux importants sur la croissance des étoiles et des trous noirs, fournissant des informations clés sur la manière dont ils sont liés. Ces nouvelles informations permettront au télescope spatial James Webb (JWST) de démêler plus efficacement le fonctionnement exact des galaxies.

Les astronomes savent que l’évolution des galaxies est alimentée par deux processus : la croissance de trous noirs supermassifs au centre de chaque galaxie et la formation de nouvelles étoiles. La relation entre ces processus est restée un mystère et constitue l’une des questions que le télescope spatial James Webb (JWST) récemment lancé explorera. Les travaux de Meredith Stone, diplômée du programme d’astronomie de l’UMass Amherst en mai 2022, aideront les scientifiques à mieux comprendre comment ils sont liés.

« Nous savons que les galaxies grandissent, entrent en collision et changent tout au long de leur vie », déclare Stone, qui a terminé cette recherche sous la direction d’Alexandra Pope, professeur d’astronomie à l’Université du Massachusetts à Amherst et auteur principal d’un nouvel article, récemment publié dans Le Journal Astrophysique. « Et nous savons que la croissance des trous noirs et la formation d’étoiles jouent un rôle crucial. Nous pensons que les deux sont liés et qu’ils se régulent l’un l’autre, mais jusqu’à présent, il était très difficile de voir exactement comment. »

Une partie de la raison pour laquelle il a été difficile d’étudier l’interaction entre les trous noirs et les étoiles est que nous ne pouvons pas vraiment voir ces interactions car elles se déroulent derrière d’énormes nuages ​​de poussière galactique. « Pour les galaxies qui forment activement des étoiles, plus de 90% de la lumière visible peut être absorbée par la poussière », explique Pope, « et cette poussière absorbe la lumière visible ».

Cependant, il existe une solution de contournement : lorsque la poussière absorbe la lumière visible, elle se réchauffe, et bien que l’œil humain nu ne puisse pas voir la chaleur, les télescopes infrarouges le peuvent. « Nous avons utilisé le télescope spatial Spitzer », explique Stone, qui commencera ses études supérieures en astronomie à l’Université de l’Arizona cet automne, « collecté lors de la campagne GOALS (Great Observatories All-sky LIRG Survey), pour observer le milieu du gamme de longueurs d’onde infrarouge de certaines des galaxies les plus brillantes qui sont relativement proches de la Terre. » En particulier, Stone et ses co-auteurs recherchaient des traceurs révélateurs particuliers qui sont les empreintes digitales de trous noirs et d’étoiles en pleine formation.

La difficulté est que ces empreintes digitales sont extrêmement faibles et presque impossibles à distinguer du bruit général du spectre infrarouge. « Ce que Meredith a fait », dit Pope, « c’est de calibrer les mesures de ces traceurs afin qu’ils soient plus distincts. »

Une fois que l’équipe a eu ces observations plus distinctes en main, elle a pu voir qu’en fait, la croissance des trous noirs et la formation d’étoiles se produisent simultanément dans les mêmes galaxies et qu’elles semblent s’influencer mutuellement. Stone a même pu calculer le rapport qui décrit comment les deux phénomènes sont liés.

Non seulement il s’agit d’une réalisation scientifique passionnante en soi, mais le travail de Stone peut être repris par le JWST, avec son accès sans précédent à la lumière du spectre infrarouge moyen, et utilisé pour se concentrer beaucoup plus étroitement sur les questions qui restent. Car bien que Stone et ses co-auteurs, dont Jed McKinney, étudiant diplômé en astronomie de l’UMass Amherst, aient quantifié comment les trous noirs et les étoiles sont liés dans la même galaxie, pourquoi ils sont liés reste un mystère.