Le télescope spatial James Webb de la NASA trouve des preuves que les trous noirs supermassifs répriment la formation d’étoiles dans les galaxies en maturation
Le télescope spatial James Webb de la NASA (JWST) a trouvé des preuves que les trous noirs supermassifs répriment la formation d’étoiles dans les galaxies en maturation. L’équipe a utilisé la caméra infrarouge proche (NIRCam) du télescope spatial James Webb, a analysé 19 galaxies faisant partie du protocluster Spiderweb, l’un des groupes de galaxies les mieux étudiés de l’univers, situé à environ 11 milliards d’années-lumière de la Terre.Ils ont découvert que les galaxies qui semblent avoir des trous noirs supermassifs au cœur produisent des étoiles à un rythme beaucoup plus lent que celles sans ces trous noirs. Les résultats pourraient aider à combler un fossé de longue date dans notre compréhension de l’évolution des galaxies.
Des galaxies massives avec des trous noirs supermassifs actifs n’ont pas de signe de formation d’étoiles
Nous avons réussi à obtenir des cartes de haute résolution des raies de recombinaison de l’hydrogène, qui indiquent l’activité de formation d’étoiles, a déclaré Rhythm Shimakawa, professeur associé d’astronomie à l’Université de Waseda au Japon et auteur principal de l’étude, à Space.com. Nous avons constaté que les galaxies massives avec des trous noirs supermassifs actifs ne montrent aucun signe de formation d’étoiles par rapport à celles sans trous noirs supermassifs actifs. Les étoiles se forment lorsque de vastes nuages de gaz d’hydrogène froid s’effondrent sous le poids de leur gravité. Avec l’augmentation de la densité de matière à l’intérieur du nuage qui s’effondre, sa température monte en flèche. Cela déclenche finalement la fusion nucléaire, ce qui donne vie aux étoiles. Ce processus provoque l’ionisation des atomes d’hydrogène, un mécanisme qui émet un type spécifique de rayonnement visible dans les spectres lumineux obtenus par des instruments sophistiqués tels que le NIRCam du JWST.
Les trous noirs supermassifs empêchent la formation d’étoiles dans les galaxies
Les scientifiques ont depuis longtemps observé que plus les galaxies vieillissent, moins elles semblent produire d’étoiles. À l’origine, les experts pensaient que la formation d’étoiles ralentissait simplement parce que les galaxies épuisaient leur gaz d’hydrogène froid. Cependant, des observations ont révélé que certaines galaxies âgées d’à peine 1 milliard d’années (notre galaxie de la Voie lactée a 13,6 milliards d’années, pour mettre les choses en contexte) montrent déjà des signes d’épuisement de la formation d’étoiles. C’est une période trop courte pour permettre à ces galaxies d’épuiser leur gaz d’hydrogène par la formation d’étoiles seules. Certains astronomes ont donc suggéré que, à mesure que les galaxies grandissent en fusionnant avec d’autres galaxies, les trous noirs au centre de celles-ci grandissent également, atteignant des masses solaires de plusieurs millions. À mesure que les trous noirs grandissent, leur capacité à aspirer le gaz des galaxies serait accrue. Plus le trou noir est massif, plus rapidement l’objet fait tourbillonner la matière au-delà de son horizon des événements, atteignant des vitesses de dizaines de milliers de miles. Certains de ces trous noirs crachent une partie du gaz s’accrétant dans l’espace intergalactique sous forme de jets relativistes, dépouillant ainsi davantage la galaxie du milieu porteur d’étoiles. Les observations du JWST du protocluster Spiderweb, qui, en raison de sa vaste distance, nous apparaît comme il l’était il y a moins de 3 milliards d’années après le Big Bang, soutiennent cette théorie.
Les galaxies elliptiques et leurs trous noirs supermassifs
Les galaxies elliptiques sont généralement dépourvues de formation d’étoiles, contrairement aux galaxies spirales comme la Voie lactée, avec leurs structures distinctes de bras spiraux enroulés. Ces galaxies elliptiques sont plutôt sans forme. Les scientifiques pensent que ces accumulations énormes d’étoiles sont le résultat de collisions entre des galaxies plus jeunes. La force de ces collisions galactiques aurait effacé les structures nettes de ces galaxies précédentes, transformant les galaxies elliptiques en régions chaotiques où les étoiles orbitent dans des directions aléatoires. Ces collisions auraient également fusionné les trous noirs centraux des galaxies parentes, produisant un trou noir plus massif à chaque collision ultérieure. En conséquence, les trous noirs supermassifs au centre des galaxies elliptiques sont les trous noirs les plus massifs connus. Lorsque la matière spirale vers un trou noir supermassif, elle émet de puissants rayons X qui peuvent être observés par d’autres observatoires en orbite comme l’Observatoire Chandra de la NASA. En comparant les observations de Chandra avec les mesures d’ionisation de l’hydrogène du JWST, les chercheurs ont constaté que les galaxies avec les trous noirs les plus voraces montrent les taux de formation d’étoiles les plus faibles.
Conclusions et recherches futures
Des preuves antérieures ont montré que les trous noirs supermassifs peuvent expulser le gaz des galaxies, mais les observations du protocluster Spiderweb sont particulièrement précieuses car elles révèlent un schéma à travers un groupe plus large de galaxies qui ont toutes à peu près le même âge. Huit des galaxies observées ont des trous noirs supermassifs actifs au centre tandis que onze ont des cœurs plus calmes. Cependant, Rhythm Shimakawa affirme que l’on en sait encore trop peu sur l’interaction entre les trous noirs supermassifs et leurs galaxies environnantes et que d’autres mécanismes pourraient contribuer à la diminution de la formation d’étoiles. Cette étude a été publiée le 18 décembre dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
