Les trous noirs supermassifs contrôlent la formation d’étoiles dans les grandes galaxies

Les astronomes ont découvert des corrélations entre la masse d’un trou noir supermassif au centre d’une galaxie et l’histoire de la formation d’étoiles. Les grandes galaxies, ayant des trous noirs plus grands, ont tendance à arrêter plus rapidement leur formation d’étoiles.


Les astronomes ont découvert des corrélations entre la masse d'un trou noir supermassif au centre d'une galaxie et l'histoire de la formation d'étoiles. Les grandes galaxies, ayant des trous noirs plus grands, ont tendance à arrêter plus rapidement leur formation d'étoiles.

Les jeunes galaxies sont propices à la formation rapide de nouvelles étoiles, mais cette formation finit par s’arrêter à mesure que la galaxie évolue. Une nouvelle étude, publiée dans Nature, montre que la masse du trou noir au centre de la galaxie détermine la rapidité de cette formation d’étoiles.

Le trou noir supermassif au centre de chaque galaxie

Chaque galaxie massive possède un trou noir supermassif central qui est un million de fois plus massif que le soleil et on peut détecter sa présence par ses effets gravitationnels sur les étoiles de la galaxie et en alimentant parfois le rayonnement énergétique d’un noyau galactique actif (AGN). On pense que l’énergie, qui se déverse dans une galaxie à partir d’un noyau galactique actif, désactive la formation d’étoiles en chauffant et en dissipant le gaz qui se condenserait dans les étoiles en se refroidissant.

Cette hypothèse existe depuis des décennies et les astrophysiciens ont découvert que les simulations de l’évolution des galaxies devaient incorporer la rétroaction du trou noir afin de reproduire les propriétés observées des galaxies. Mais les preuves observationnelles d’un lien entre les trous noirs supermassifs et la formation d’étoiles étaient difficiles à démontrer.

Nous avons tenté de faire les simulations sans comprendre précisément le processus selon Jean Brodie, professeur d’astronomie et d’astrophysique à l’UC Santa Cruz et co-auteur de l’article. C’est la première preuve d’observation directe où l’on peut voir l’effet du trou noir sur l’histoire de la formation des étoiles de la galaxie. Les nouveaux résultats révèlent une interaction continue entre l’activité du trou noir et la formation d’étoiles tout au long de la vie d’une galaxie en affectant chaque génération d’étoiles formée au cours de l’évolution de la galaxie.

Le trou noir supermassif affecte directement la formation d’étoiles

Dirigée par le premier auteur Ignacio Martín-Navarro, chercheur postdoctoral à l’Université de Santa Cruz, l’étude portait sur les galaxies massives pour lesquelles la masse du trou noir central avait été mesurée dans des études antérieures en analysant les mouvements des étoiles près du centre de la galaxie. . Pour déterminer l’histoire de la formation des étoiles des galaxies, Martín-Navarro a analysé les spectres détaillés de leur lumière obtenus par le télescope Hobby-Eberly.

La spectroscopie permet aux astronomes de séparer et mesurer les différentes longueurs d’onde de la lumière d’un objet. Martín-Navarro a utilisé des techniques de calcul pour analyser le spectre de chaque galaxie et récupérer son histoire de formation d’étoiles en trouvant la meilleure combinaison de populations stellaires pour s’adapter aux données spectroscopiques. Cela vous donne la quantité de lumière provenant de populations stellaires ayant des âges différents selon le chercheur. Quand il a comparé les histoires de formation d’étoiles de galaxies avec des trous noirs de différentes masses, alors il a trouvé des différences frappantes. Ces différences ne sont corrélées qu’avec la masse des trous noirs et non avec la morphologie galactique, la taille ou d’autres propriétés.

Pour les galaxies avec la même masse d’étoiles, mais avec une masse de trous noirs différente au centre, les galaxies avec de plus grands trous noirs ont arrêté plus rapidement leur formation d’étoiles que celles avec des trous noirs plus petits. D’autres chercheurs ont recherché des corrélations entre la formation d’étoiles et la luminosité des noyaux galactiques actifs sans succès. Martín-Navarro estime que c’est peut-être parce que les échelles de temps sont si différentes avec la formation d’étoiles qui se produit sur des centaines de millions d’années tandis que les explosions de noyaux galactiques actifs se produisent sur des périodes plus courtes.

Un trou noir supermassif n’est lumineux que lorsqu’il englobe activement la matière des régions internes de la galaxie hôte. Les noyaux galactiques actifs sont très variables et leurs propriétés dépendent de la taille du trou noir, du taux d’accrétion du nouveau matériau tombant sur le trou noir et d’autres facteurs. Nous avons utilisé la masse du trou noir comme une approximation de l’énergie fournie par les AGN dans la galaxie, car l’accrétion sur des trous noirs plus massifs entraîne une réaction plus énergique des noyaux galactiques actifs ce qui étouffe plus rapidement la formation des étoiles.

Selon le coauteur Aaron Romanowsky, un astronome de l’Université d’État de San Jose et des observatoires UC, la nature exacte de la rétroaction du trou noir, qui désactive la formation d’étoiles, reste incertaine. Un trou noir peut mettre de l’énergie dans la galaxie de différentes façons et les théoriciens ont toutes sortes d’hypothèses sur ces processus, mais il reste du travail à faire pour intégrer ces nouvelles observations dans les modèles.

Source : Nature (http://dx.doi.org/10.1038/nature24999)

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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