Les galaxies ne produisent plus de nouvelles étoiles, pourquoi ?

La formation de nouvelles étoiles n'est pas un phénomène immuable, et la démographie galactique est une affaire bien compliquée.
11 juillet 2016, 11:45am
Image: NASA.

L'astrophysique nous fournit nombre de questions qui restent encore sans réponse. Or, l'une d'entre elle attire tout particulièrement l'attention des scientifiques actuellement : pourquoi les galaxies ont-elles cessé de produire de nouvelles étoiles ? En effet, lorsqu'une galaxie atteint un certain âge, elle prend, en quelque sorte, sa retraite : les astronomes les appellent alors des « galaxies éteintes. » Jusqu'à très récemment, les mécanismes physiques sous-tendant cette transition n'étaient pas très bien compris.

Une nouvelle étude publiée vendredi dans l'Astrophysical Journal fait la lumière sur cet épais mystère astronomique qui plonge la communauté dans la perplexité depuis plusieurs dizaines d'années déjà. Les chercheurs ont utilisé une base de données massive permettant de renseigner l'évolution de 70 000 galaxies sur les 11 derniers milliards d'années de leur existence. Ces données proviennent d'UltraVISTA COSMOS Survey, une enquête astronomique conçue pour évaluer l'influence du temps et des environnements galactiques influent sur la formation d'une galaxie.

L'objectif des chercheurs était de contribuer à éclairer un débat épineux : l'extinction d'une galaxie est-elle le produit de forces externes ? Internes ? Un mélange des deux ? Il existe plusieurs exemples de forces exogènes susceptibles de mettre un terme à la formation des étoiles, comme les rencontres avec d'autres galaxies, provoquant des perturbations gravitationnelles suffisantes pour éloigner la matière nécessaire à la formation des étoiles, et réduire les réserves du gaz froid au sein de la galaxie en question. Quant aux processus d'origine endogène, on peut citer les trous noirs, qui chauffent l'hydrogène présent dans la galaxie et empêchent ainsi le gaz de se refroidir et de se contracter afin de former une étoile, ainsi que les vents circulants produits par les étoiles massives qui poussent ces mêmes matériaux à l'extérieur de la galaxie.

« En utilisant les propriétés observables des galaxies et des méthodes statistiques sophistiquées, nous montrons que, en moyenne, les processus externes n'ont eu d'effet sur l'extinction des galaxies que sur les huit derniers milliards d'années, » déclare Behnam Darvish, chercheur postdoctoral à Caltech. « Les processus internes constituent le mécanisme dominant dans l'interruption des phénomènes de formation stellaire avant cette date, c'est-à-dire plus proche de la naissance de l'univers tel que nous le connaissons. »

Ces recherches démontrent que l'extinction des galaxies est un processus dynamique qui évolue au fil du temps : sa vitesse est en rapport avec l'interaction complexe de facteurs externes et internes. D'une manière générale cependant, les chercheurs ont constaté que les facteurs exogènes agissaient sur un délai relativement court (environ 1 milliard d'années) et étaient plus efficaces pour interrompre la formation d'étoiles dans les galaxies très massives. Les facteurs exogènes, quant à eux, ont davantage d'effet dans les amas galactiques très denses.

« L'échelle de temps est très importante ici, » explique Bahram Mobasher, professeur de physique et d'astronomie à l'Université de Californie. « À une échelle de temps courte, nous devons chercher des processus physiques externes qui provoquent rapidement l'extinction. Enfin, nous avons conclu que les processus internes et externes n'agissent pas indépendamment les uns des autres. »

Selon les chercheurs, maintenant que les processus qui détermine l'interruption de la formation d'étoiles sont mieux connus, il faut examiner qu'elle est leur influence à très grande échelle, c'est-à-dire aux 100 milliards de galaxies suivantes. Il reste encore un peu de travail.