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Posté par Adrien le Mardi 05/09/2017 à 00:00
Grands réservoirs de gaz moléculaire froid et turbulent autour des galaxies formant des étoiles à haut redshift
Les galaxies dans l'Univers jeune n'avaient pas encore formé beaucoup d'étoiles, mais étaient essentiellement composées de gaz. Ce gaz peut maintenant être observé avec ALMA, pour mieux comprendre l'efficacité de la formation d'étoiles des galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la...) à grand décalage vers le rouge (Le décalage vers le rouge ou redshift est un phénomène astronomique de décalage vers les grandes longueurs d'onde des raies spectrales et de l'ensemble du spectre – ce qui se traduit par un décalage vers le rouge pour le...) (ou "redshift"). Le cation CH+ en particulier est très utile puisqu'il ne peut se former dans le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout le...) froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) sans une grande dissipation d'énergie mécanique (L'énergie mécanique est une quantité utilisée en mécanique classique pour désigner l'énergie d'un système emmagasinée sous forme d'énergie cinétique et d'énergie potentielle mécanique....) ou une forte irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou accidentellement) un organisme, une substance, d'un corps à un flux de rayonnements ionisants : rayons alpha, bêta,...) ultraviolette. Dans cet article de la revue "Nature", des astronomes de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant...) et leurs collaborateurs publient la détection des raies d'émission et d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le photon est détruit lors...) de CH+(J= 1-0) dans les spectres de six galaxies, amplifiées par des lentilles gravitationnelles, à des redshifts d'environ 2.5. Les raies d'émission CH+, qui sont plus larges que 1 000 km/s, proviennent d'ondes de choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.) très denses, alimentées par des vents galactiques chauds. Les raies d'absorption CH+ révèlent l'existence de réservoirs de gaz turbulent (Le HMS Turbulent (n° de coque : S 87) est un bâtiment de la classe Trafalgar de sept sous-marins nucléaires d'attaque de la Royal Navy.) et froid (T100 K), de faible densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le...) s'étendant loin (plus de 10 kpc) en dehors des galaxies à flambée de formation d'étoiles (taille 1 kpc).

La plupart des étoiles et des galaxies que nous voyons aujourd'hui se sont formées lorsque l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) était encore très jeune. Les cosmologistes utilisent cette contrainte d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés....) pour modéliser l'évolution des galaxies avec deux ingrédients clés: le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines suivants :) de gaz froid dans les halos de matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies. Différentes...) et les violentes éjections de gaz chaud pour modérer la formation des étoiles. A ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le...), les flux de gaz froid n'ont jamais été détectés et la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) des éjections de gaz reste mystérieuse.

Avec ALMA, Edith Falgarone et ses collaborateurs ont découvert des raies de CH+ dans toutes les galaxies à flambées de formation d'étoiles, et amplifiées par des lentilles gravitationnelles, à cette époque critique. CH+ est une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière...) spéciale: elle a besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes...) de beaucoup d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) pour se former et est très réactive. Sa durée de vie (La vie est le nom donné :) est donc très courte et met en évidence l'emplacement de la dissipation d'énergie par ondes de choc.


Figure 1: Les images en continu des 6 galaxies amplifiées. Les objets sont tous situés à z 2.3, où 1 seconde d'arc = 8.4 kpc. L'émission continue est observée près de 1 mm en longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) et correspond à l'émission de la poussière chauffée à 360 microns dans le référentiel au repos des galaxies.

Avec CH+, les auteurs ont appris que, au lieu d'être perdue par rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.), l'énergie est stockée dans les mouvements turbulents des vents galactiques rapides et des grands réservoirs de gaz froid précédemment invisibles. En produisant la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la localisation...) dans ces réservoirs, les vents galactiques permettent à la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) sortante d'être partiellement re-capturée par les galaxies, prolongeant la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de formation d'étoiles au lieu de la stopper. Ils ont appris également que ces réservoirs de gaz, consumés par la formation d'étoiles, doivent être réapprovisionnés éventuellement par les flux de gaz froids longtemps recherchés. Ces résultats défient la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) de l'évolution des galaxies, dans laquelle le feedback négatif de la formation stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.) joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) un rôle essentiel pour stopper la formation d'étoiles.


Figure 2: Spectres observés de CH+(1-0) pour les 6 galaxies. L'émission continue a été soustraite. Les spectres sont modélisés par une absorption et une émission gaussiennnes (en bleu), qui donnent le spectre résultant en rouge.

Référence:
Falgarone, E., Zwaan, M.A., Godard, B., Bergin, E., Ivison, R. J., Andreani, P. M., Bournaud, F., Bussmann, R. S., Elbaz, D., Omont, A., Oteo, I., Walter, F.., 2017, Nature, 24 August, 548, 431


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