Des astronomes découvrent un essaim de galaxies en orbite autour d’une galaxie hyperlumineuse

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 un 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 Communication Natureune 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 entrepris 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 12 milliards d’années en arrière.

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 dans 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.

Jeter 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. « Néanmoins, malgré les fusions fréquentes attendues avec d’autres galaxies, ces interactions gravitationnelles ne sont pas nécessairement destructrices – elles alimentent la galaxie centrale et font un peu tourbillonner le gaz, mais la laissent pratiquement intacte. Un peu comme jeter de petits cailloux contre une vitre solide. verre : vous pouvez le rayer, mais vous ne le casserez pas… »

Les observations de Michele Ginolfi offrent de premiers indices sur le processus multi-échelle qui conduit l’évolution de la population rare et extrême de galaxies chaudes obscurcies par la poussière. Ils poussent dans des habitats denses et spéciaux, mais l’interaction avec leurs compagnons peut être douce.

Comme une parabole de cet accident de voiture galactique, l’étude a failli ne pas être menée du tout, lorsque Michele Ginolfi s’est retrouvé coincé dans un embouteillage dans le trafic de Rome, devant soumettre la proposition en utilisant son téléphone depuis sa voiture, quelques minutes avant la date limite.