Qu'est-ce qui cause la mort des galaxies? Une vaste étude a révélé comment la formation d'étoiles est interrompue dans des régions les plus denses de l'Univers

 

- Victoria, Colombie-Britannique

Une équipe de 36 astronomes dirigée par le Canada vient de terminer le plus grand relevé par imagerie jamais effectué du gaz moléculaire – le combustible nécessaire à la formation des étoiles – dans une des régions les plus denses de l'Univers, l'amas de la Vierge.

Qu'est-ce qui cause la mort des galaxies dans des régions les plus denses de l'Univers? - Trancription

[À l'écran : Toby Brown, boursier Plaskett au centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique]

[00:00:05] « Comment les galaxies sont-elles devenues ce qu'elles sont aujourd'hui » demeure l'une des plus grandes énigmes scientifiques. Les galaxies sont des amas d'étoiles qui se sont formés lors de la contraction d'immenses nuages de gaz moléculaire froid. Les processus physiques qui régissent l'évolution et la vie de ces structures d'une grande beauté sont intimement liés au milieu où se trouve la galaxie. C'est ce que l'on appelle l'environnement galactique.

[00:00:29] Nous voulons comprendre la dynamique qui existe entre les galaxies et leur environnement. Grâce à ALMA (le Grand réseau d'astronomie millimétrique/inframillimétrique d'Atacama), le télescope terrestre le plus puissant, notre équipe a procédé au plus ambitieux relevé jamais réalisé, VERTICO (Virgo Environment Traced in Carbon Monoxide Survey), pour produire des images du gaz froid dans l'un des environnements les « plus extrêmes » près de nous : le superamas de galaxies appelé Amas de la Vierge.

[00:00:54] L'Amas de la Vierge renferme des milliers de galaxies qui s'entrecroisent en filant à des millions de kilomètres-heure dans du plasma chauffé à des millions de degrés. Nous savons déjà qu'une galaxie qui pénètre dans un amas galactique risque de se faire dérober le gaz qu'elle contient. Ainsi vidée de sa substance, elle ne peut plus faire éclore de nouvelles étoiles, ce qui la condamne à devenir un amas sans vie de couleur rouge.

[00:01:19] VERTICO nous révèle comme jamais auparavant les processus physiques qui perturbent les poches de gaz moléculaire essentiel à la formation d'étoiles dans les galaxies de l'Amas de la Vierge. VERTICO suit l'évolution des réserves de gaz de 51 galaxies et produit des images des disques gazeux avec une richesse de détails rarement atteinte. Ces nouvelles images nous en disent beaucoup sur la façon dont l'environnement galactique intervient dans la formation des étoiles, sans doute l'un des processus les plus déterminants de l'Univers.

[00:01:56] VERTICO nous montre l'empreinte physique de cet environnement sur tous les disques de gaz que nous scrutons et la brèche par laquelle cet environnement s'infiltre parfois au cœur de la galaxie et vient perturber le cycle de formation d'étoiles.

[À l'écran : signature officielle, Conseil national de recherches Canada/ National Research Council Canada]

[À l'écran : Mot-symbole du Gouvernement du Canada]

Dans une des régions les plus denses de l'Univers rapproché, les galaxies se meurent, et les astronomes veulent savoir pourquoi. Un article publié récemment (en anglais seulement) et qui paraîtra aussi dans le numéro de décembre de la revue Astrophysical Journal Supplement Series fournit la preuve la plus nette à ce jour que le milieu intergalactique peut pénétrer profondément dans les galaxies et enrayer la formation des étoiles en les privant du gaz qui leur est nécessaire.

L'article publié par les chercheurs canadiens, qui résume le fruit des travaux d'un groupe international de 36 astronomes, présente les résultats d'observations d'une grande précision du gaz moléculaire qui se trouve à l'intérieur de 51 galaxies de l'amas de la Vierge. Il s'agit d'une première publication pour le relevé VERTICO (Virgo Environment Traced in Carbon Monoxide) Survey, qui est réalisé à l'aide du grand réseau d'antennes millimétriques de l'Atacama (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array [ALMA]) au Chili.

« Nous savons que les galaxies se vident de leur gaz. Si la perte est trop importante, le processus de formation des étoiles s'interrompt, ce qui a pour effet de tuer la galaxie et de la transformer en objet inerte, explique. VERTICO nous a révélé mieux que tout autre projet auparavant les processus physiques qui agissent sur les réserves d'hydrogène gazeux moléculaire et qui déterminent la vie ou la mort des galaxies. »

Toby Brown, boursier Plaskett au CNRC et auteur principal de l'article

La capacité d'une galaxie à former des étoiles dépend de sa situation dans l'Univers et de la façon dont elle interagit avec son environnement. Parmi les nombreux environnements qui existent dans l'Univers, les amas galactiques sont parmi les plus massifs, les plus chauds et les plus denses, ce qui en fait le laboratoire cosmique idéal pour des observations comme celles de VERTICO. L'amas de la Vierge fait 7 millions d'années-lumière d'une extrémité à l'autre et contient des milliers de galaxies qui filent à des millions de kilomètres-heure dans du plasma surchauffé. Cet environnement aux conditions extrêmes est si inhospitalier que les galaxies qui s'y trouvent peuvent cesser de fabriquer des étoiles. Nous n'avons toutefois pas à craindre ce processus d'extinction, car notre Voie lactée est suffisamment éloignée de l'amas de la Vierge et de tout autre amas pour ne pas être menacée.

« VERTICO scrute les réservoirs de gaz qui alimentent directement la formation des étoiles dans 51 galaxies de l'amas de la Vierge et produit des images parmi les plus détaillées jamais obtenues des disques gazeux dans les amas galactiques que nous étudions. Ces nouvelles images sont d'une aide prodigieuse pour comprendre comment des facteurs externes peuvent mettre fin à la formation des étoiles au cœur des galaxies – l'un des processus les plus importants de l'Univers connu », explique Toby Brown.

L'étude VERTICO - VERTICO (Virgo Environment Traced in Carbon Monoxide Survey), - a observé les réservoirs de gaz de 51 galaxies de l'Amas de la Vierge et a découvert que l'environnement extrême de cet Amas tuait les galaxies en les privant de leur hydrogène gazeux moléculaire servant à la formation d'étoiles. On voit ici une image composite, provenant de données du radiotélescope ALMA, sur laquelle les disques de gaz moléculaire des galaxies VERTICO sont augmentés par une résolution de 20. Elles sont superposées à l'image en rayons X de plasma surchauffé de l'Amas de la Vierge
Source : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO)/Böhringer et al. (ROSAT All-Sky Survey)

Dans les nouvelles images, la majorité des galaxies observées par VERTICO montrent l'empreinte laissée par le milieu externe sur les disques gazeux, prouvant hors de tout doute raisonnable que par des mécanismes externes, l'environnement parvient à pénétrer profondément dans les galaxies où il agit sur les gaz et enraie la formation des étoiles.

« Le dégazage est l'un des processus les plus spectaculaires et les plus violents à survenir dans l'Univers et il peut anéantir la formation d'étoiles dans les galaxies », explique de nouveau Toby Brown. « Il se produit lorsqu'une galaxie qui traverse à très grande vitesse le plasma surchauffé se fait arracher de grandes quantités de gaz moléculaire froid, comme si un grand balai cosmique chassait le gaz à grands coups à l'extérieur de la galaxie. La finesse des observations de VERTICO nous donne un meilleur aperçu et une meilleure compréhension de ces processus. »

NGC 4567 et NGC 4568 sont 2 galaxies parmi les quelque 2 000 de l'amas de la Vierge, qui se trouve à environ 65 millions d'années-lumière de nous. Les images de
VERTICO — Virgo Environment Traced in Carbon Monoxide — montrent nettement que ces 2 galaxies font partie de celles qui subissent les processus extrêmes de dévitalisation. La photo est une image composite réalisée à partir des données millimétriques du radiotélescope ALMA et du télescope spatial Hubble, où les poches de gaz moléculaire apparaissent en rouge/orange et les étoiles en blanc/bleu.
Source : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO)

VERTICO est le tout premier grand programme ALMA dirigé par le Canada. Il s'agit d'un ensemble spécifique d'observations faites par ALMA pour répondre à des questions scientifiques stratégiques qui mèneront à une avancée ou à une percée majeure. Même si l'amas de la Vierge a été étudié à pratiquement toutes les longueurs d'onde du spectre électromagnétique, il s'agit du premier relevé à grande échelle du gaz moléculaire dans un amas galactique réalisé avec une sensibilité et une résolution inégalées.

« La première étude sur le gaz moléculaire dans l'amas de la Vierge date de plus de 30 ans. Depuis, les astronomes se questionnent sur l'influence qu'a l'environnement intergalactique sur ce gaz essentiel à la formation des étoiles. J'ai la certitude que les données recueillies par VERTICO nous permettront de mettre fin une fois pour toutes à ce débat et nous aideront à comprendre exactement comment ces différents facteurs externes en viennent à annihiler la formation des étoiles. »

Christine Wilson, professeur émérite à l'Université McMaster et cochercheuse principale dans le projet VERTICO

Les observations du programme VERTICO ont été faites entre juillet 2019 et avril 2021. Outre cette première publication, les données d'une richesse de détails jamais vue sur les galaxies de l'amas de la Vierge fourniront aux astronomes la matière nécessaire pour poursuivre leur étude de la formation des étoiles et de l'évolution des galaxies dans les environnements les plus hostiles de l'Univers, dans le but ultime de mieux comprendre le nôtre.

Pour mieux connaître le Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique.

Contactez-nous

Relations avec les médias, Conseil national de recherches du Canada
1-855-282-1637 (sans frais, au Canada seulement)
1-613-991-1431 (ailleurs en Amérique du Nord)
001-613-991-1431 (à l'étranger)
media@nrc-cnrc.gc.ca
Suivez-nous sur Twitter : @CNRC_NRC