Les galaxies ont-elles un « interrupteur » qui les empêche de continuer à croître ?
Les galaxies, même les plus prolifiques en formation d’étoiles, ne croissent pas indéfiniment. À un moment donné, elles commencent à ralentir, puis s’arrêtent, pour finalement entrer dans une phase de retraite tranquille. Bien que les astronomes aient observé cette transition depuis longtemps, une explication physique claire de ce phénomène manquait jusqu’à présent.
Un article récent dirigé par Preetish Mishra de l’Institut coréen d’études avancées, en collaboration avec une équipe internationale de scientifiques, propose une explication testable : le ralentissement de la croissance des galaxies serait causé par la formation d’un nuage de gaz chaud stable entourant la galaxie. Ce nuage se forme à une masse très spécifique, d’environ (10^{12.5}) masses solaires. Au-delà de ce seuil, les galaxies cessent d’être des usines stellaires efficaces, indépendamment de la quantité de matière première disponible.
Pour arriver à cette conclusion, l’équipe a utilisé la simulation Horizon Run 5, l’une des plus grandes simulations cosmologiques jamais réalisées. Cette simulation couvre une portion virtuelle de l’univers d’environ un gigparsec et modélise la physique des gaz, de la gravité, de la formation d’étoiles et des trous noirs supermassifs, permettant ainsi de suivre l’évolution des galaxies sur des échelles de temps cosmiques.
Les chercheurs ont analysé le rapport entre la masse stellaire et la masse totale des galaxies, qui me la proportion de la masse totale d’une galaxie (comprenant étoiles, gaz, matière noire et trous noirs) qui est effectivement convertie en étoiles. Il a été constaté que ce rapport atteint un pic dans les galaxies ayant des masses totales comprises entre (10^{12.4}) et (10^{12.7}) masses solaires. En dessous de cette plage, les galaxies convertissent le gaz en étoiles à peu près aussi rapidement que le gaz entre, tandis qu’au-dessus, elles ralentissent de plus de trois fois.
La théorie de Mishra suggère que la formation d’un halo de gaz chaud, en équilibre gravitationnel, est la clé de ce phénomène. À me qu’une galaxie croît, le gaz qui y tombe est chauffé par choc. Jusqu’à une certaine masse, ce gaz refroidit suffisamment rapidement pour continuer à alimenter la formation de nouvelles étoiles. Au-delà de la masse critique, le halo devient suffisamment dense et chaud pour se maintenir contre la gravité pendant des milliards d’années, coupant ainsi la galaxie de son approvisionnement en gaz frais.
Cette étude exclut également une explication concurrente selon laquelle les galaxies plus massives perdraient davantage de matière normale à cause des flux d’étoiles et des noyaux actifs de galaxies. Les chercheurs ont calculé que la variation de la matière baryonique liée au système ne dépassait pas 30 %, ce qui ne peut pas expliquer la chute de l’efficacité de formation d’étoiles observée.
Ce travail est significatif car il relie un schéma d’observation bien connu à un mécanisme physique spécifique. Les implications de cette recherche pourraient être vérifiées par de futures études sur les amas de galaxies et le milieu intergalactique chaud, le gaz et la poussière situés entre les galaxies.
Source : Space.com
