Lorsque nous regardons le ciel nocturne à l'extérieur de la ville lumineuse, nous pouvons voir un éventail éblouissant d'étoiles et de galaxies. Bien que le gaz représente moins de 1% de la matière dans l'univers, «c'est le gaz qui guide l'évolution de la galaxie, et non l'inverse», explique Felix «Jay» Lockman de l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO).
Avec des radiotélescopes et des levés tels que le Green Bank Telescope (GBT) en Virginie-Occidentale, l'Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) et le Arecibo Legacy Fast ALFA (ALFALFA) Survey, Lockman et d'autres astronomes en apprennent davantage sur le rôle du gaz dans la formation des galaxies. Ils ont présenté leurs résultats lors de la réunion annuelle de l'American Association for the Advancement of Science (AAAS) à San Jose.
Bien que nous ayons une excellente vue de notre partie de la Voie lactée, et nous pouvons dire qu'elle a une structure en forme de disque - qui est l'origine de son nom, après tout - il n'est pas si simple d'étudier comment la galaxie s'est formée. Lockman a décrit la situation avec une analogie: si vous essayez de comprendre comment votre propre maison a été construite sans la quitter, vous regardez et écoutez dans toute la maison et vous regardez par la fenêtre pour apprendre ce que vous pouvez de la maison de vos voisins. Andromède est le plus grand voisin de la Voie lactée, et ils ont tous deux autour d'eux des galaxies «satellites», dont certaines semblent avoir du gaz.
De plus, Lockman et ses collègues ont trouvé des nuages de gaz entre Andromède et l'un de ses satellites, Triangulum, qui pourraient être une «source de carburant pour la future formation d'étoiles» pour les galaxies. En tant qu'exemple dramatique de nuages à grande vitesse, Lockman a présenté de nouvelles images GBT du nuage de Smith, découvert pour la première fois en 1963 par un étudiant aux Pays-Bas. Le Smith Cloud est un nouveau venu dans la Voie lactée et pourrait fournir suffisamment de gaz pour former un million d'étoiles et de systèmes solaires. Sur la base de sa vitesse et de sa trajectoire, «nous pensons que dans quelques millions d'années, éclaboussons!» comme il entre en collision avec notre galaxie.
Kartik Sheth, un autre scientifique du NRAO, a poursuivi en décrivant l'état actuel des connaissances des astronomes sur l'assemblage des galaxies à disques et à spirales, dont la Voie lactée et Andromède ne sont que deux exemples. Les galaxies spirales ont généralement de nombreux nuages de gaz formant de nouvelles étoiles, souvent appelées pépinières stellaires, et maintenant avec ALMA, "un fantastique télescope à une altitude de 16 500 pieds", Sheth et ses collègues les étudient plus en détail.
En particulier, Sheth a présenté les résultats récemment publiés par Adam Leroy dans le Journal astrophysique, dans lequel ils examinent des nuages en formation d'étoiles au cœur de la galaxie éclatante d'étoiles voisine, Sculptor, pour étudier «la physique de la façon dont le gaz s'est converti en étoiles». Les sculpteurs et autres éclats d'étoiles forment des étoiles à un rythme environ 1 000 fois plus rapide que les galaxies spirales typiques comme la Voie lactée. «Ce n'est qu'avec l'ALMA que nous pouvons réellement réaliser des observations comme celle-ci» d'objets en dehors de notre galaxie. En comparant la concentration et la distribution de dix nuages de gaz dans Sculptor, ils constatent que les nuages sont plus massifs, dix fois plus denses et plus turbulents que des nuages similaires dans des galaxies plus typiques. En raison de la densité de ces pépinières stellaires, elles peuvent former des étoiles beaucoup plus efficacement.
D'autres astronomes à la réunion de l'AAAS, tels que Claudia Scarlata (Université du Minnesota) et Eric Wilcots (Université du Wisconsin), ont présenté une image à plus grande échelle de la façon dont les galaxies spirales entrent en collision les unes avec les autres pour former des galaxies de forme elliptique plus massives. Ces galaxies semblent généralement plus anciennes et ont cessé de former des étoiles, mais elles peuvent se développer en «fusionnant» avec une galaxie voisine de son groupe. «Je soutiendrai que la plupart des transformations des galaxies ont lieu en groupes», explique Wilcots. Dans un article basé sur les données de la luzerne publié dans le Journal astronomique, Kelley Hess et Wilcots trouvent des galaxies riches en gaz distribuées principalement à la périphérie des groupes, et donc ces systèmes ont tendance à se développer de l'intérieur vers l'extérieur.
Dans une question connexe, Priyamvada Natarajan (Université de Yale) et Scarlata ont discuté de la façon dont l'évolution des trous noirs massifs au centre des galaxies semble être liée à celle de la galaxie dans son ensemble, lorsque les astronomes les suivent du «berceau à l'âge adulte». " En particulier, Natarajan a expliqué comment les trous noirs des galaxies matures peuvent chauffer le gaz dans une galaxie et entraîner des écoulements de gaz, empêchant ainsi la formation continue d'étoiles dans la galaxie.
Enfin, les astronomes attendent avec impatience de nombreuses recherches de pointe sur les gaz dans les galaxies. Ximena Fernández (Columbia University) a décrit le COSMOS HI Large Extragalactic Survey (CHILES) sur l'hydrogène gazeux dans les galaxies avec le Very Large Array. Jusqu'à présent, ils ont achevé une enquête pilote dans laquelle ils ont obtenu la détection la plus éloignée jusqu'à présent d'une galaxie contenant du gaz. Ils prévoient de regarder encore plus loin dans le passé que les enquêtes précédentes, s'attendant à détecter du gaz dans 300 galaxies jusqu'à 5 milliards d'années-lumière de distance, 250 fois plus loin que la galaxie observée par Leroy.
Fernández a également décrit MeerKAT, un radiotélescope en construction en Afrique du Sud, et la Deep Investigation of Neutral Gas Origins (DINGO) en Australie, qui serviront tous deux de précurseurs pour le Square Kilometer Array dans les années 2020. Ces nouveaux télescopes enrichiront la vision de plus en plus complexe des astronomes sur la formation et l’évolution des galaxies.
