Les trous noirs supermassifs contrôlent réellement le mystérieux processus de formation des étoiles dans leurs galaxies

En fin d’année dernière, des chercheurs ont annoncé que les vents puissants émanant des trous noirs supermassifs façonnent des galaxies entières. Maintenant, un nouveau document de recherche annonce avoir trouvé la première preuve par observations directes que les trous noirs supermassifs contrôlent réellement le mystérieux processus de formation d’étoiles dans leurs galaxies.

Au centre de presque toutes les galaxies se trouve un trou noir supermassif de plus d’un million de fois plus massif que le Soleil, mais nous n’en savons pas grand-chose. Nous ne comprenons pas non plus pourquoi les jeunes galaxies sont remplies d’étoiles qui se forment rapidement et la cause de ce qui entraîne l’arrêt de ce processus au fur et à mesure que la galaxie évolue.

Les scientifiques soupçonnent depuis des décennies que l’énergie qui se déverse des trous noirs supermassifs affaiblit ce processus. Récemment, des chercheurs de l’université de Californie à Santa Cruz (UC Santa Cruz) ont trouvé la première preuve directe que c’est effectivement ce qui se passe.

L’équipe a également montré que la masse du trou noir en question détermine la rapidité de la formation d’étoiles dans une galaxie. En d’autres termes, les trous noirs supermassifs ne forment pas seulement des galaxies, ils contrôlent le nombre d’étoiles qu’ils possèdent.

Des trous noirs supermassifs au cœur des galaxies projettent des radiations et des vents ultrarapides vers l’extérieur, comme illustré dans cette représentation artistique. (NASA / JPL-Caltech)

Selon Jean Brodie, professeur d’astronomie et d’astrophysique à l’UC Santa Cruz et coauteur de l’étude :

C’est la première preuve observationnelle directe où l’on peut voir l’effet du trou noir sur l’histoire de la formation des étoiles de la galaxie.

L’équipe a compris cela en étudiant des galaxies pour lesquelles la masse des trous noirs en leur centre avait déjà été mesurée dans de précédentes études, basées sur l’activité/ les déplacements des étoiles autour d’eux dans l’espace.

Les chercheurs ont ensuite analysé les spectres de ces galaxies, la quantité de lumière qui en provient, pour déterminer leur histoire stellaire, si elles étaient encore actives et sinon, depuis combien de temps elles étaient au repos.

Quand ils ont comparé la période à laquelle les galaxies avaient cessé de former des étoiles avec la masse de leurs trous noirs, ils ont trouvé des différences notables. Celles-ci ne peuvent être expliquées par d’autres propriétés de la galaxie, comme sa taille, sa forme ou sa cinématique interne, elles sont seulement liées à la masse du trou noir.

Selon Martín-Navarro :

Pour les galaxies avec la même masse d’étoiles, mais avec une masse de trous noirs différente au centre, ces galaxies avec de plus grands trous noirs ont été “étanchées” plus tôt et plus rapidement que celles avec des trous noirs plus petits.

La formation d’étoiles a donc duré plus longtemps dans les galaxies avec de plus petits trous noirs centraux.

Cela signifie que la masse d’un trou noir influe directement sur la rapidité avec laquelle la formation d’étoiles s’arrête dans une galaxie. Pour le moment, le mécanisme qui relie la masse du trou noir à la quiescence galactique (phase de repos) est encore inconnu.

Cela pourrait avoir un lien avec le “noyau galactique actif” qui peut se former autour d’un trou noir, des disques de débris qui émettent d’incroyables quantités d’énergie alors que le trou noir consomme de la matière. Les plus puissants d’entre eux sont les quasars.

Image d’entête : la galaxie Centaurus A et son noyau galactique actif qui révèle de la présence hypothétique d’un trou noir. L’image combine des données provenant de plusieurs télescopes dans différentes longueurs d’onde, montrant des jets et des lobes alimentés par le trou noir supermassif. (Rayon-X: NASA/ CXC/ SAO; Optique : Rolf Olsen; Infrarouge : NASA / JPL-Caltech)

Un article publié en décembre a révélé que, conformément aux modèles d’évolution galactique, les vents de quasar (réaction du noyau galactique actif) forment le gaz moléculaire à partir duquel les étoiles sont formées. On pense que ce vent finit par « s’éteindre » ou par désactiver la formation d’étoiles en dissipant le gaz, mais ce n’est qu’une hypothèse.

L’étude publiée dans Nature : Black-hole-regulated star formation in massive galaxies et présentée sur le site de l’université de Californie à Santa Cruz : Supermassive black holes control star formation in large galaxies.