Mystère résolu? Comment les galaxies les plus brillantes de l'univers se sont formées

Distribution de la densité de gaz du modèle Starburst Galaxy

Cette image montre la distribution de la densité de gaz d'une instance dans le temps de la galaxie modèle starburst, couvrant environ 650 000 années-lumière de diamètre. La formation extrême d'étoiles dans la galaxie centrale est alimentée par d'importants afflux de gaz, la rendant extrêmement brillante. (Crédit image : Desika Narayanan)

Le mystère de la formation des galaxies les plus brillantes de l'univers pourrait bientôt être résolu, car les recherches suggèrent maintenant qu'elles pourraient être alimentées par de prodigieux flux de gaz.



Les galaxies les plus lumineuses de l'univers , connues sous le nom de galaxies submillimétriques, ont été découvertes pour la première fois il y a plus de dix ans. La plupart des grandes quantités de lumière qu'ils émettent sont absorbées par la poussière interstellaire et réémise à des longueurs d'onde submillimétriques dans l'infrarouge lointain en dehors de la plage visible. En conséquence, ils sont restés inconnus jusqu'à ce que les astronomes commencent à peigner le ciel à ces longueurs d'onde.

'Ils ont des luminosités peut-être des centaines à des milliers de fois supérieures à celles de la Voie lactée', a déclaré à demokratija.eu l'auteur principal de l'étude, Desika Narayanan, astrophysicienne au Haverford College en Pennsylvanie. [ De superbes images de galaxies à travers l'univers ]

Cette image montre la distribution des galaxies dans la région lumineuse infrarouge, à un instant donné ; les couleurs indiquent la densité du gaz. Le modèle suggère que les régions infrarouges-lumineuses extrêmes observées par les télescopes à ondes submillimétriques sont souvent composées de groupes de galaxies dans l

Cette image montre la distribution des galaxies dans la région lumineuse infrarouge, à un instant donné ; les couleurs indiquent la densité du gaz. Le modèle suggère que les régions infrarouges-lumineuses extrêmes observées par les télescopes à ondes submillimétriques sont souvent composées de groupes de galaxies dans l'univers primitif (quelques milliards d'années seulement après le Big Bang) qui deviendront des amas massifs de galaxies à l'heure actuelle. .(Crédit image : Robert Thompson (NCSA))

Les galaxies submillimétriques existaient il y a environ 3 milliards d'années à une époque connue sous le nom de midi cosmique, lorsque les galaxies formaient des étoiles à des taux extraordinaires. Les galaxies submillimétriques ont donné naissance à des étoiles aux taux les plus élevés connus - 1 000 fois supérieur à celui de la voie Lactée aujourd'hui. Aucune galaxie de ce type n'est actuellement observée dans le cosmos, ont déclaré les chercheurs.

Les propriétés extrêmes de ces extraordinaires galaxies ont remis en cause les modèles existants de formation des galaxies, suscitant un vif débat parmi les astronomes. Bien que les simulations informatiques aient été capables de former des galaxies suffisamment brillantes, les modèles ne pouvaient pas correspondre à d'autres caractéristiques de ces mastodontes, telles que leur masse et leur taux de formation d'étoiles.

Il existe deux écoles de pensée quant à la façon dont ces galaxies ont pu se former. L'une suggère que les collisions entre des paires de galaxies riches en gaz ont entraîné des sursauts spectaculaires et relativement brefs de formation d'étoiles d'une durée de 100 millions d'années. L'autre suggère que ces galaxies ont lentement accumulé de la masse au cours d'environ 1 milliard d'années. Cependant, ni l'un ni l'autre de ces scénarios n'a pu expliquer pleinement les caractéristiques connues de ces galaxies.

Les chercheurs ont maintenant présenté de nouvelles simulations de formation de galaxies qui, pour la première fois, correspondent bien à toutes les propriétés connues des galaxies submillimétriques, découvertes qui ont été détaillées en ligne aujourd'hui (23 septembre) dans le revue Nature .

'Tout le monde avait supposé que ces galaxies étaient le résultat de fusions de grandes galaxies, car les galaxies les plus brillantes de l'univers proche sont toutes le résultat de fusions de galaxies', a déclaré Narayanan. 'Mais nos simulations suggèrent que le mécanisme de formation de ces galaxies était une accumulation lente et régulière de gaz, où le gaz s'accumule de l'espace intergalactique et s'accumule dans ces galaxies.'

Ces nouvelles simulations ont atteint des niveaux de réalisme qui manquaient aux modèles précédents en utilisant une technique de « zoom », a déclaré l'astrophysicien Romeel Davé de l'Université du Cap occidental à Cape Town, en Afrique du Sud, qui n'a pas participé à cette recherche. Dans cette technique, les chercheurs ont à la fois simulé des galaxies et modélisé des parcelles de ces galaxies à des résolutions beaucoup plus élevées.

Cette approche a donné aux chercheurs un aperçu précis de la façon dont ces galaxies sont apparues petit à petit, tout en fournissant une vue d'ensemble de la façon dont chaque galaxie interagissait avec son environnement, a écrit Davé dans un commentaire sur ce travail dans le même numéro de Nature.

Les nouvelles simulations suggèrent que ces galaxies ont soutenu des taux de formation d'étoiles d'environ 500 à 1 000 soleils par an pendant environ 1 milliard d'années. Cette intense activité était une phase naturelle et de longue durée dans l'évolution de ces galaxies massives.

Bien que les explosions de supernova provenant d'étoiles mourantes puissent propulser du gaz vers l'extérieur de ces galaxies et ainsi chasser le carburant nécessaire à la formation des étoiles, les scientifiques ont découvert que ces flux avaient du mal à échapper aux intenses forces gravitationnelles de ces galaxies. Au lieu de cela, suggèrent les nouvelles simulations, le gaz pleuvait souvent sur ces galaxies et était recyclé en de nouvelles étoiles.

À l'avenir, les chercheurs souhaitent étudier d'autres types de galaxies observées pendant le midi cosmique, ont-ils déclaré.

'Certains ont des trous noirs extrêmement massifs un milliard de fois la masse du soleil, et certains sont très compacts et relativement morts, ne formant pas d'étoiles rapidement', a déclaré Narayanan. «Il est intéressant de voir que les populations de ces galaxies sont similaires à la population des galaxies submillimétriques, et il est tentant de dire qu'il existe un lien entre les trois dans un sens évolutif.

« Nous voulons voir s'il existe un lien entre ces types de galaxies – l'une se transforme-t-elle en une autre ? » Narayanan ajouté. « Si oui, quels processus physiques conduisent cette transformation ? Et dans le grand schéma, comment cette activité est-elle liée à ce à quoi ressemblent leurs descendants aujourd'hui, et comment trouvons-nous ces arrière-arrière-arrière-petits-enfants dans l'univers local ?'

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