Le rôle inattendu des galaxies naines dans la formation des étoiles

Jeudi, 19 juin 2014

Une équipe internationale d’astronomes, dont des chercheurs de l’Institut d’astrophysique de Paris (CNRS/UPMC) et du Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université), viennent de mettre en évidence que les galaxies naines dans l’Univers lointain ont été des moteurs exceptionnels de la formation stellaire. L’analyse à grande échelle de ce type de galaxies permet de faire une avancée importante dans la compréhension de l’évolution des galaxies et, avec elles, de l’histoire de l’Univers. Ces résultats ont été réalisés à l’aide de Hubble, le télescope spatial de l’ESA et de la NASA. Ils sont publiés le 19 juin dans The Astrophysical Journal.

Alors que les galaxies donnent naissance à de nouvelles étoiles tout au long de l’évolution de l’Univers, la majorité de ces étoiles se formèrent entre deux et six milliards d’années après le Big Bang, survenue il y a 13,7 milliards d’années. Cette période est cruciale pour comprendre comment ces étoiles se sont formées et comment ces galaxies ont évolué depuis.


Une nouvelle étude utilisant des données de la caméra WFC3 de Hubble a permis aux astronomes de franchir une nouvelle étape dans notre compréhension de cette époque clé en étudiant un échantillon de galaxies naines dans l’Univers jeune. Une fraction de ces galaxies naines connaît en effet des sursauts de formation stellaire, formant des étoiles à une cadence extrêmement élevée, avec une efficacité bien plus importante que leurs consœurs plus massives. Les études précédentes étaient jusque-là restreintes aux galaxies massives, délaissant ainsi la population dominante en nombre durant cette période prolifique de formation stellaire.  

Les propriétés de ces galaxies naines lointaines sont longtemps restées très difficiles à cerner. Les astronomes pouvaient seulement observer des petites galaxies proches ou bien des grandes galaxies lointaines. La grande sensibilité en infrarouge de la caméra WFC3 et la performance de son mode de spectroscopie sans fente [1] ont maintenant changé la donne permettant aux astronomes d’analyser les galaxies naines dans l’Univers lointain, et d’en déduire la contribution de celles-ci, à la formation stellaire totale durant cette période.

“On soupçonnait déjà ces galaxies naines à sursaut de formation stellaire de contribuer à la première vague de formation d’étoiles, mais c’est la première fois que nous pouvons réellement en mesurer l’importance,” explique Hakim Atek de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse, premier auteur de l’article. “Elles ont manifestement joué un rôle très important à cette époque durant laquelle l’Univers a formé la majorité des étoiles que nous connaissons.”

“Ces galaxies forment des étoiles à une vitesse telle qu’elles peuvent doubler la totalité de leur masse stellaire en seulement 150 millions d’années. Un tel gain en masse stellaire nécessiterait 1 à 3 milliards d’années pour la plupart des galaxies normales,” ajoute Jean-Paul Kneib, également de l’EPFL.

Ce résultat contribue à près d’une décennie d’efforts dans le but de comprendre le lien entre la masse des galaxies et leur activité de formation stellaire et d’obtenir un scénario cohérent de l’histoire de formation stellaire de l’Univers.

En plus de fournir de nouveaux éléments sur la manière dont s’est formée la majeure partie des étoiles dans l’Univers, ce résultat contribuera certainement à dévoiler les secrets de l’évolution des galaxies. Il est rare d’observer une galaxie dans une phase de sursaut de formation stellaire, ce qui indique qu’elles sont le résultat d’un incident inhabituel, tel qu’une fusion de galaxies, une interaction avec une autre galaxie, ou des ondes de choc provenant d’une supernova. À travers l’étude plus précise de ce type de galaxies et la façon dont elles se sont formées et ont évolué durant leur jeune âge, les astronomes espèrent découvrir la cause de ces sursauts violents de formation d’étoiles et mieux comprendre l’évolution des galaxies à travers l’histoire de l’Univers.

Note(s): 

[1] Un outil appelé grism disperse la lumière des galaxies, révélant ainsi la distribution en luminosité et en couleur. Ceci permet aux astronomes de déduire les propriétés physiques des galaxies ainsi que leur distance. Une telle étude a été possible grâce aux capacités d’observation depuis l’espace du télescope Hubble.

Source(s): 

Hubble space telescope grim spectroscopy of extreme starburst across cosmic time: the role of dwarf galaxies in the star formation history of the universe, Hakim Atek et al., The Astrophysical Journal, juin 2014

Contacts (chercheurs) :

  • Stéphane Charlot l T +33 (0)1 44 32 81 83 | charlot [at] iap [dot] fr

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