Des astronomes ont utilisé le télescope spatial James Webb de la NASA/ESA pour confirmer que les trous noirs supermassifs peuvent priver leurs galaxies hôtes du carburant dont elles ont besoin pour former de nouvelles étoiles. résultats sont rapportés dans la revue Astronomie de la nature.
L’équipe internationale, codirigée par l’Université de Cambridge, a utilisé Webb pour observer une galaxie de la taille de la Voie Lactée dans l’Univers primitif, environ deux milliards d’années après le Big Bang. Comme la plupart des grandes galaxies, elle possède un trou noir supermassif en son centre. Cependant, cette galaxie est essentiellement « morte » : elle a pratiquement cessé de former de nouvelles étoiles.
« Sur la base d’observations antérieures, nous savions que cette galaxie était dans un état éteint : elle ne forme pas beaucoup d’étoiles compte tenu de sa taille, et nous pensons qu’il existe un lien entre le trou noir et la fin de la formation d’étoiles », a déclaré le co-auteur principal, le Dr Francesco D’Eugenio, de l’Institut Kavli de cosmologie de Cambridge.
« Cependant, jusqu’à Webb, nous n’avons pas pu étudier cette galaxie de manière suffisamment détaillée pour confirmer ce lien, et nous ne savons pas si cet état d’extinction est temporaire ou permanent. »
Cette galaxie, officiellement nommée GS-10578 mais surnommée « galaxie de Pablo » du nom du collègue qui a décidé de l’observer en détail, est massive pour une période aussi ancienne dans l’univers : sa masse totale est d’environ 200 milliards de fois la masse de notre soleil, et la plupart de ses étoiles se sont formées entre 12,5 et 11,5 milliards d’années.
« Dans l’univers primitif, la plupart des galaxies formaient de nombreuses étoiles. Il est donc intéressant de voir une galaxie morte aussi massive à cette époque », a déclaré le professeur Roberto Maiolino, co-auteur de l’étude et également membre de l’Institut Kavli de cosmologie. « Si elle avait eu suffisamment de temps pour atteindre cette taille massive, le processus qui a arrêté la formation des étoiles s’est probablement produit relativement rapidement. »
Grâce à Webb, les chercheurs ont détecté que cette galaxie expulse de grandes quantités de gaz à une vitesse d’environ 1 000 kilomètres par seconde, ce qui est suffisamment rapide pour échapper à l’attraction gravitationnelle de la galaxie. Ces vents rapides sont « poussés » hors de la galaxie par le trou noir.
Comme d’autres galaxies contenant des trous noirs en accrétion, la « galaxie de Pablo » est traversée par des vents rapides de gaz chaud, mais ces nuages de gaz sont ténus et ont une faible masse. Webb a détecté la présence d’une nouvelle composante de vent, qui n’avait pas pu être observée avec les télescopes précédents. Ce gaz est plus froid, ce qui signifie qu’il est plus dense et, surtout, qu’il n’émet aucune lumière. Webb, grâce à sa sensibilité supérieure, peut voir ces nuages de gaz sombres car ils bloquent une partie de la lumière de la galaxie située derrière eux.
La masse de gaz éjectée de la galaxie est supérieure à ce dont la galaxie aurait besoin pour continuer à former de nouvelles étoiles. En substance, le trou noir affame la galaxie jusqu’à ce qu’elle meure.
« Nous avons trouvé le coupable », a déclaré D’Eugenio. « Le trou noir tue cette galaxie et la maintient en sommeil, en coupant la source de « nourriture » dont la galaxie a besoin pour former de nouvelles étoiles. »
Bien que les modèles théoriques antérieurs aient prédit que les trous noirs avaient cet effet sur les galaxies, avant Webb, il n’avait pas été possible de détecter cet effet directement.
Les modèles antérieurs avaient prédit que la fin de la formation des étoiles avait un effet violent et turbulent sur les galaxies, détruisant au passage leur forme. Mais les étoiles de cette galaxie en forme de disque se déplacent toujours de manière ordonnée, ce qui suggère que ce n’est pas toujours le cas.
« Nous savions que les trous noirs avaient un impact considérable sur les galaxies et qu’il était peut-être courant qu’ils arrêtent la formation des étoiles, mais jusqu’à Webb, nous n’étions pas en mesure de le confirmer directement », a déclaré Maiolino. « Webb représente un pas de géant en termes de capacité à étudier l’univers primitif et son évolution. »
De nouvelles observations avec l’Atacama Large Millimeter-Submillilimiter Array (ALMA), ciblant les composants gazeux les plus froids et les plus sombres de la galaxie, nous en diront plus sur la question de savoir si et où du carburant pour la formation d’étoiles est encore caché dans cette galaxie, et quel est l’effet du trou noir supermassif dans la région entourant la galaxie.
Plus d’informations :
Une galaxie post-explosion d’étoiles à rotation rapide éteinte par la rétroaction d’un trou noir supermassif à z=3, Astronomie de la nature (2024). DOI : 10.1038/s41550-024-02345-1. www.nature.com/articles/s41550-024-02345-1