Des astronomes utilisant le Très Grand Télescope, le VLT, de l'ESO ont repéré une galaxie lointaine dévorant avec appétit le gaz environnant. Le gaz semble tomber en direction de la galaxie, créant un flux qui alimente la formation d'étoiles et entraîne la rotation de la galaxie. Il s'agit là de la meilleure preuve observationnelle de l'hypothèse selon laquelle les galaxies attirent puis absorbent la matière environnante afin de croître et de donner naissance à de nouvelles étoiles. Les résultats paraîtront dans l'édition du 5 juillet 2013 de la revue Science.
Cette vue d'artiste montre une galaxie de l'Univers lointain, deux milliards d'années après le Big Bang, en train d'accréter le gaz froid environnant (en orange). Les astronomes ont été en mesure de collecter de nombreuses informations concernant cet objet en étendant leur étude à celle de la lumière émise par un quasar beaucoup plus distant (l'objet brillant situé à gauche de la galaxie centrale), dont l'alignement avec la galaxie d'avant-plan lui permet de briller au travers du gaz accrété. Les mouvements du gaz et sa composition sont en accord parfait avec les théories postulant que l'accrétion de gaz froid permet d'alimenter la formation d'étoiles et d'assurer la croissance de la galaxie.
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Les astronomes ont toujours suspecté que la croissance des galaxies résultait de l'attraction de matière environnante, mais ce processus s'est avéré très difficile à observer directement. Le Très Grand Télescope - le VLT - de l'ESO a été récemment utilisé pour étudier le très rare alignement d'une galaxie lointaine (1) et d'un quasar - le centre extrêmement brillant d'une galaxie au sein duquel réside un trou noir supermassif - plus distant encore. Avant d'atteindre la Terre, la lumière en provenance du quasar traverse la matière qui environne la galaxie d'avant plan, ce qui permet d'étudier en détail les propriétés du gaz entourant la galaxie (2). Ces nouveaux résultats apportent le meilleur aperçu à ce jour d'une galaxie en plein festin.
« Ce type d'alignement est extrêmement rare et il nous a permis d'effectuer des observations uniques », nous confie Nicolas Bouché de l'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, France, auteur principal du nouvel article. « Nous avons été en mesure d'utiliser le VLT de l'ESO pour sonder la galaxie elle-même ainsi que le gaz environnant. Ce qui nous a permis d'aborder une question essentielle relative à la formation des galaxies : comment les galaxies croissent-elles et comment alimentent-elles la formation d'étoiles ? »
Lorsqu'elles créent de nouvelles étoiles, les galaxies épuisent rapidement leurs réservoirs de gaz ; afin de poursuivre cette activité, elles doivent donc être continûment alimentées en gaz frais. Les astronomes suspectaient que l'attraction gravitationnelle du gaz froid environnant par la galaxie constituait la clé du problème. Dans ce scénario, une galaxie attire du gaz qui entoure ensuite la galaxie et tourne avec elle avant de tomber à l'intérieur. Bien que des preuves de l'existence de cette accrétion galactique aient déjà été collectées (3), le mouvement du gaz et ses autres propriétés n'avaient pas encore été totalement étudiés.
Les astronomes ont utilisé les instruments SINFONI et UVES (4) qui tous deux équipent le VLT de l'ESO situé à l'Observatoire de Paranal au nord du Chili. Les nouvelles observations ont livré de précieuses informations concernant la rotation de la galaxie ainsi que la composition et le mouvement du gaz environnant la galaxie.
« Les propriétés de ce vaste volume de gaz environnant étaient en accord parfait avec les propriétés attendues d'un gaz froid aspiré par la galaxie » nous révèle Michael Murphy (Université de Technologie de Swinburne, Melbourne, Australie), co-auteur de l'étude. « Le gaz se déplace comme prévu, en quantité prévue et sa composition est en accord total avec le modèle. C'est comme si l'heure du repas pour les lions d'un zoo avait sonné - cette galaxie est particulièrement vorace, et nous avons découvert de quoi elle se nourrit pour croître si rapidement. »
Les astronomes avaient déjà découvert l'existence de matière autour des galaxies de l'Univers jeune, mais c'est la toute première fois qu'ils ont été en mesure de prouver, sans la moindre ambigüité, que la matière se déplace vers l'intérieur et non vers l'extérieur de la galaxie, de déterminer également la composition de ce carburant frais nécessaire à la création des générations suivantes d'étoiles. Sans la lumière du quasar et l'effet de projecteur qu'il crée, ce gaz environnant serait demeuré indétectable.
« Dans ce cas précis, nous avons eu la chance que le quasar se situe dans l'alignement précis de la galaxie, de sorte que sa lumière traverse le gaz tombant sur la galaxie. La prochaine génération de télescopes géants permettra d'observer les galaxies sous de multiples angles et procurera donc une vision d'ensemble bien plus complète » conclut Crystal Martin (Université Santa Barbara de Californie, Etats-Unis), co-auteur de l'étude.
Notes
(1) Cette galaxie a été détectée à un redshift voisin de 2 lors d'un sondage effectué par l'instrument SINFONI en 2012 dans le cadre du Programme SINFONI Mg II dédié aux galaxies à raies d'émission (SIMPLE). Le quasar du fond a été baptisé HE 2243-60 ; la galaxie, elle, est située à un décalage spectral z=2.3285 - nous l'observons donc alors que l'Univers n'était âgé de deux milliards d'années.
(2) Lorsque la lumière en provenance du quasar traverse les nuages de gaz, quelques longueurs d'onde sont absorbées. Les caractéristiques de ces raies d'absorption fournissent aux astronomes de nombreuses informations relatives aux mouvements et à la composition chimique du gaz. En l'absence du quasar, beaucoup moins d'informations auraient été obtenues - les nuages de gaz ne brillent pas et sont invisibles sur les clichés.
(3) Des observations antérieures, tel le sondage SAURON (lien vers SAURON ANN du 3 juillet), ont fourni des indices plaidant en faveur de l'hypothèse selon laquelle les galaxies se nourrissent de la matière environnante.
(4) SINFONI est le spectrographe dédié aux observations de champ intégral dans l'infrarouge proche, tandis qu'UVES est le spectrographe à réseau échelle opérant dans l'ultraviolet et le visible. Tous deux équipent le Très Grand Télescope de l'ESO. SINFONI a révélé les mouvements de gaz au sein de la galaxie et UVES les effets du gaz environnant la galaxie sur la lumière en provenance du quasar distant.
