Le chaînon manquant : les astronomes ont établi un lien entre la naissance des étoiles et les trous noirs dans les galaxies

Un étudiant de premier cycle de l'Université du Massachusetts à Amherst (UMA) a mené des recherches sur la croissance des étoiles et

 trous noirs.Au cours de ses travaux, elle a fourni des données sur la manière dont elles sont connectées et influencent l'évolution des galaxies. Les nouvelles informations permettront au télescope spatial James Webb (JWST) de les étudier plus efficacement.

Comment les galaxies grandissent-elles ?

Les astronomes savent que l'évolution des galaxiesest causée par deux processus : la croissance de trous noirs supermassifs au centre de chacun d’eux et la formation de nouvelles étoiles. Mais la manière dont ces processus sont connectés reste un mystère et constitue l’une des questions que le télescope spatial James Webb, récemment lancé, étudiera. Les travaux de Meredith Stone, qui sera diplômée du programme d'astronomie de l'UMass Amherst en mai 2022, aideront les scientifiques à mieux comprendre comment ils sont connectés.

"Nous savons que les galaxies grandissent,entrent en collision et changent tout au long de leur vie », explique Stone, qui a réalisé l'étude sous la direction d'Alexandra Pope, professeur d'astronomie à l'UMA et auteur principal d'un nouvel article récemment publié dans l'Astrophysical Journal. « Et nous savons que la croissance des trous noirs et la formation d’étoiles jouent un rôle décisif. Il est de notoriété publique que ces deux facteurs sont liés et s’influencent mutuellement. Mais jusqu’à présent, il était difficile de comprendre exactement comment.»

Quel est le problème?

L'une des raisons pour lesquelles il est difficile d'étudierL’interaction entre les trous noirs et les étoiles fait qu’il est difficile pour les astronomes d’observer véritablement ces interactions. Le problème est que tous les processus importants sont cachés derrière d’énormes nuages ​​​​de poussière cosmique. Ainsi, dans les galaxies qui forment activement des étoiles, plus de 90 % de la lumière visible peut être absorbée par celles-ci.

Galaxie NGC 1614. Photo : NASA

Il existe cependant une solution de contournement :Lorsque la poussière absorbe la lumière visible, elle se réchauffe. Et bien que l’œil nu ne puisse pas voir la chaleur, les télescopes infrarouges le peuvent. Dans le cadre de la nouvelle étude, les scientifiques ont utilisé le télescope spatial Spitzer collecté lors de la campagne GOALS (Great Observatories All-sky LIRG Survey). L’objectif est d’étudier les longueurs d’onde de l’infrarouge moyen de certaines des galaxies les plus brillantes et relativement proches de la Terre. En particulier, les astronomes recherchent des signes révélateurs spéciaux que sont les empreintes digitales de trous noirs et d’étoiles en pleine formation.

Il existe une solution

Le problème est que ces traces sont très faibles,et ils sont presque impossibles à distinguer du bruit général du spectre infrarouge. Dans le cadre d'une nouvelle étude, Meredith Stone a calibré les mesures de ces indicateurs pour être plus précis.

Une fois que les astronomes ont reçu des données plus clairesobservations, ils ont constaté que la croissance des trous noirs et la formation d’étoiles se produisent en réalité simultanément dans les mêmes galaxies, et qu’elles semblent s’influencer mutuellement.

Les scientifiques ont même calculé le rapport quidécrit comment ces deux phénomènes sont liés. Ainsi, les astronomes ont découvert des raies d'émission brillantes [Ne ii] et [Ne iii], qui sont « responsables » de la formation des étoiles, et des raies d'émission plus faibles [Ne v] et [O iv] provenant des galaxies à noyaux actifs. (AGN) sur tout le spectre. Il s'est avéré que la luminosité de Ne ii est assez constante dans toutes les cellules de la fraction AGN, tandis que la luminosité de [O]iv et [Nev] augmente de plus d'un ordre de grandeur.

Les chercheurs ont également constaté que l'utilisationla luminosité [O iv] sans correction pour la formation d'étoiles peut conduire à une surestimation du taux d'accrétion des trous noirs (BHAR, taux d'accrétion des trous noirs) jusqu'à 30 fois dans les galaxies infrarouges lumineuses (LIRG, galaxies infrarouges lumineuses) avec une prédominance d'éruptions stellaires . Le rapport du taux de BHAR à la formation d'étoiles augmente de plus de trois ordres de grandeur en fonction de la proportion d'AGN dans la gamme infrarouge moyen des galaxies LIRG.

Pourquoi est-ce important?

Ce n'est pas seulement une science passionnanteréalisation. Les résultats de la nouvelle étude aideront à utiliser le JWST, avec son accès sans précédent à la lumière infrarouge moyenne, pour étudier de plus près la formation des galaxies. Après tout, bien que les scientifiques aient calculé comment les trous noirs et les étoiles sont connectés dans une galaxie, pourquoi cela se produit reste un mystère.

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