La vie sur Terre ne pourrait exister sans carbone. Mais le carbone lui-même ne pourrait exister sans étoiles. Presque tous les éléments, à l’exception de l’hydrogène et de l’hélium, y compris le carbone, l’oxygène et le fer, n’existent que parce qu’ils ont été forgés dans des fours stellaires, puis jetés dans le cosmos lorsque leurs étoiles sont mortes. Dans un acte ultime de recyclage galactique, des planètes comme la nôtre sont formées en incorporant ces atomes construits en étoiles dans leur composition, qu’il s’agisse du fer du noyau terrestre, de l’oxygène de son atmosphère ou du carbone du corps des Terriens.
Une équipe de scientifiques basée aux États-Unis et au Canada a récemment confirmé que le carbone et d’autres atomes formés par des étoiles ne dérivent pas les bras croisés dans l’espace jusqu’à ce qu’ils soient transportés vers de nouvelles utilisations. Pour des galaxies comme la nôtre, qui sont encore en train de former activement de nouvelles étoiles, ces atomes effectuent un voyage détourné. Ils font le tour de leur galaxie d’origine sur des courants géants qui s’étendent dans l’espace intergalactique.
Ces courants, connus sous le nom de milieu circumgalactique, ressemblent à des bandes transporteuses géantes qui poussent la matière vers l’extérieur et la ramènent à l’intérieur de la galaxie, où la gravité et d’autres forces peuvent assembler ces matières premières en planètes, lunes, astéroïdes, comètes et même de nouvelles étoiles.
« Considérez le milieu circumgalactique comme une gare géante : il pousse constamment de la matière vers l’extérieur et la réintroduit », a déclaré Samantha Garza, membre de l’équipe et doctorante à l’Université de Washington. « Les éléments lourds produits par les étoiles sont poussés hors de leur galaxie hôte et dans le milieu circumgalactique à travers leurs morts explosives en supernovae, où ils peuvent éventuellement être ramenés et continuer le cycle de formation des étoiles et des planètes. »
Garza est l’auteur principal d’un article décrivant ces résultats qui a été publié 27 décembre à Les lettres du journal astrophysique.
« Les implications pour l’évolution des galaxies et pour la nature du réservoir de carbone disponible dans les galaxies pour former de nouvelles étoiles sont passionnantes », a déclaré la co-auteure Jessica Werk, professeur à l’UW et directrice du département d’astronomie. « Le même carbone présent dans notre corps a probablement passé beaucoup de temps en dehors de la galaxie. »
En 2011, une équipe de scientifiques pour la première fois a confirmé la théorie de longue date que les galaxies formant des étoiles comme la nôtre sont entourées d’un milieu circumgalactique et que ce grand nuage de matière en circulation comprend des gaz chauds enrichis en oxygène. Garza, Werk et leurs collègues ont découvert que le milieu circumgalactique des galaxies en formation d’étoiles fait également circuler des matériaux à plus basse température comme le carbone.
« Nous pouvons désormais confirmer que le milieu circumgalactique agit comme un réservoir géant de carbone et d’oxygène », a déclaré Garza. « Et, au moins dans les galaxies en formation d’étoiles, nous suggérons que ce matériau retombe ensuite sur la galaxie pour poursuivre le processus de recyclage. »
L’étude du milieu circumgalactique pourrait aider les scientifiques à comprendre comment ce processus de recyclage s’atténue, ce qui finira par se produire dans toutes les galaxies, même la nôtre. Une théorie est qu’un ralentissement ou une rupture de la contribution du milieu circumgalactique au processus de recyclage pourrait expliquer pourquoi les populations stellaires d’une galaxie diminuent sur de longues périodes de temps.
« Si vous pouvez maintenir le cycle en poussant la matière vers l’extérieur et en la réinjectant, alors en théorie, vous disposez de suffisamment de carburant pour maintenir la formation d’étoiles », a déclaré Garza.
Pour cette étude, les chercheurs ont utilisé le spectrographe Cosmic Origins du télescope spatial Hubble. Le spectrographe a mesuré comment la lumière provenant de neuf quasars distants – des sources de lumière ultra-lumineuses dans le cosmos – est affectée par le milieu circumgalactique de 11 galaxies en formation d’étoiles.
Les lectures de Hubble ont indiqué qu’une partie de la lumière des quasars était absorbée par un composant spécifique du milieu circumgalactique : le carbone, et en grande quantité. Dans certains cas, ils ont détecté du carbone s’étendant sur près de 400 000 années-lumière, soit quatre fois le diamètre de notre propre galaxie, dans l’espace intergalactique.
Des recherches futures sont nécessaires pour quantifier l’étendue des autres éléments qui composent le milieu circumgalactique et pour comparer davantage la manière dont leurs compositions diffèrent entre les galaxies qui produisent encore de grandes quantités d’étoiles et les galaxies qui ont largement cessé la formation d’étoiles. Ces réponses pourraient éclairer non seulement quand des galaxies comme la nôtre se transforment en déserts stellaires, mais aussi pourquoi.
Plus d’informations :
Samantha L. Garza et al, L’enquête CIViL* : La découverte d’une dichotomie C iv dans le milieu circumgalactique des galaxies L*, Les lettres du journal astrophysique (2024). DOI : 10.3847/2041-8213/ad9c69