Trous noirs supermassifs détectés dans des galaxies lointaines et mourantes : étude
Les trous noirs supermassifs pourraient avoir le pouvoir d’« éteindre » la formation d’étoiles dans leurs galaxies, selon une nouvelle étude qui a détecté de nombreux trous noirs supermassifs dès le début de la vie de notre univers local.
Une équipe internationale d’astronomes a combiné les données de certains des télescopes les plus puissants de la Terre pour reconstituer une idée de la façon dont les galaxies avec peu ou pas de formation d’étoiles pourraient être liées aux trous noirs, en examinant les émissions radio des galaxies de plus de 10 milliards de lumière années loin de nous pour la toute première fois.
L’étude, publiée dans l’Astrophysical Journal en avril, a comparé les données des galaxies stagnantes à celles des galaxies en formation d’étoiles, et a constaté que parmi les galaxies plus anciennes, celles ne produisant aucune étoile étaient beaucoup plus susceptibles d’avoir un trou noir supermassif caché en leur centre.
Dans l’univers connu, il existe d’innombrables galaxies à différents stades de croissance.
De nombreuses galaxies elliptiques massives de notre univers local – qui fait référence à une région autour de notre système solaire d’environ 1 milliard d’années-lumière de rayon – sont relativement stagnantes, ne voyant que peu de formation d’étoiles.
La modélisation dans des recherches antérieures a suggéré que ces galaxies avaient une période intense de formation d’étoiles au début de leur vie, suivie d’un ralentissement brutal.
Mais pourquoi certaines galaxies produisent-elles encore des étoiles alors que d’autres stagnent ?
« On ne comprend pas bien quels processus physiques sont responsables de l’extinction rapide et de la suppression des activités de formation d’étoiles ultérieures », indique l’étude.
Une théorie pour la suppression de la formation d’étoiles est que le rayonnement provenant d’un noyau galactique actif pourrait interférer avec la formation de nouvelles étoiles dans cette galaxie particulière.
Un noyau galactique actif (AGN) est un petit point central d’une galaxie qui a une luminosité et un rayonnement significativement plus élevés que tout autre élément de la galaxie, parfois si brillant qu’il éclipse complètement toute la galaxie.
On pense que les AGN entourent un trou noir supermassif, le rayonnement étant le sous-produit de ce matériau dévorant le trou noir qui se rapproche trop.
Cependant, bien qu’il ait été théorisé auparavant que les trous noirs pourraient être liés au ralentissement de la formation d’étoiles dans les galaxies, de nombreuses questions demeurent.
Dans cette étude, les chercheurs ont voulu plonger dans cette théorie en examinant un spectre plus large de galaxies à la fois, y compris celles qui étaient plus faibles et plus éloignées, qui n’avaient peut-être pas été incluses dans la recherche auparavant.
Comme il faut beaucoup de temps pour que la lumière des galaxies lointaines nous parvienne, ce que nous voyons lorsque nous regardons dans le ciel est un instantané de ce à quoi ces galaxies ressemblaient il y a des millions, voire des milliards d’années.
Plus une galaxie est ancienne et éloignée, plus elle est difficile à étudier.
Parce que les signaux des galaxies individuelles étaient trop faibles pour être identifiés, dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont empilé les images radiographiques et radio des galaxies les unes sur les autres pour aider à filtrer le bruit et avoir une meilleure idée du signal moyen de ces galaxies.
Les chercheurs ont sélectionné les galaxies à examiner en utilisant les dernières données du Cosmic Evolution Survey (COSMOS), une enquête astronomique qui se concentre sur un domaine spécifique de l’univers visible, couvrant plus de deux millions de galaxies, afin d’étudier la formation et l’évolution de galaxies.
L’équipe, dirigée par des chercheurs au Japon, s’est penchée spécifiquement sur les galaxies distantes de 9,5 à 12,5 milliards d’années-lumière.
Ce que les chercheurs ont découvert, c’est que la luminosité des rayons X des galaxies stagnantes à au moins 12 milliards d’années-lumière de nous était supérieure à celle des galaxies en formation d’étoiles à la même masse et à la même distance. Mais les signaux de rayons X et les émissions radio de ces galaxies stagnantes ne pouvaient pas être expliqués par leur nombre d’étoiles, indiquant que cette luminosité élevée provenait d’un AGN, et donc d’un trou noir supermassif.
Les galaxies stagnantes étaient également plus fréquentes dans les amas de galaxies ou d’autres parties plus denses de l’univers que dans le champ général de l’espace.
L’étude a également révélé que la tendance des galaxies stagnantes ayant une luminosité plus brillante que les galaxies en formation d’étoiles était plus faible parmi les galaxies plus jeunes et plus proches de la Terre, par rapport à celles qui étaient beaucoup plus éloignées.
Les chercheurs ont émis l’hypothèse que cela pourrait être dû au fait que d’autres facteurs ont un impact sur la formation d’étoiles dans ces galaxies plus proches au lieu qu’elle soit largement motivée par la présence d’un trou noir supermassif.
« Notre travail fait allusion au rôle évolutif de la rétroaction AGN pour l’extinction des galaxies vers un décalage vers le rouge plus élevé, et aux futures observations de [stagnant galaxies] peut éclairer davantage la physique détaillée », a déclaré l’étude dans ses conclusions. Le décalage vers le rouge est un terme en astronomie faisant référence à la distance à laquelle se trouve un objet dans l’espace, avec un décalage vers le rouge plus élevé signifiant qu’il est plus éloigné de nous.
Les chercheurs ont noté qu’il y avait encore des aspects des données qui ne pouvaient pas être expliqués uniquement par les AGN, et que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour savoir comment et pourquoi les trous noirs peuvent être liés à la suppression de la formation d’étoiles.