Un mystérieux phénomène tue les galaxies… Les scientifiques sont sur l'affaire.

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Dans les régions les plus denses de l'univers, des galaxies meurent à petit feu. Leur formation stellaire (processus de formation de nouvelles étoiles) est en voie de s'interrompre et les astronomes veulent savoir pourquoi.

Un nouveau programme, appelé VERTICO (Virgo Environment Traced in Carbon Monoxide survey), étudie en détail comment les galaxies sont détruites par leur environnement. Il s'agit du tout premier grand projet mené par le Canada sur l'un des plus grands télescopes du monde, le ALMA.

En tant que chercheur principal de VERTICO, je dirige une équipe de 30 experts qui utilisent le grand réseau millimétrique d'Atacama (ALMA) pour cartographier l'hydrogène gazeux moléculaire, le gaz à partir duquel de nouvelles étoiles sont fabriquées, à haute résolution et à travers 51 galaxies dans notre amas galactique le plus proche, l'amas de la Vierge.

Mis en service en 2013 au coût de 1,4 milliard de dollars américains, ALMA est un réseau d'antennes paraboliques connectées à une altitud.... Il s'agit d'un partenariat international entre l'Europe, les États-Unis, le Canada, le Japon, la Corée du Sud, Taiwan et le Chili.

ALMA est le télescope à longueur d'onde millimétrique le plus avancé jamais construit et il est idéal pour étudier les nuages de gaz froid et dense à partir desquels se forment de nouvelles étoiles. Ces nuages ne sont pas visibles par l'oeil humain.

Les grands programmes de recherche de l'ALMA, comme VERTICO, sont conçus pour aborder des questions scientifiques stratégiques qui mèneront à une avancée ou à une percée majeure dans le domaine.

Amas de galaxies

L'endroit où les galaxies évoluent dans l'univers et la façon dont elles interagissent entre elles et avec leur milieu intergalactique ont une influence majeure sur leur capacité à former des étoiles. Mais la manière dont cet environnement dicte la vie et la mort des galaxies reste un mystère.

Les amas de galaxies sont les environnements les plus denses de l'univers, contenant plusieurs centaines, voire des milliers de galaxies. Là où vous avez de la densité, vous avez aussi de la gravité et d'énormes forces gravitationnelles qui accélèrent le mouvement des galaxies, souvent jusqu'à des milliers de kilomètres par seconde, surchauffant le plasma présent entre elles à des températures si élevées que ce dernier brille à la lumière des rayons X.

Dans les intérieurs denses et inhospitaliers de ces amas, les galaxies interagissent fortement avec leur environnement et entre elles. Ce sont ces interactions qui peuvent tuer - ou éteindre - leur formation stellaire.

Comprendre quels mécanismes d'extinction bloquent la formation des étoiles et comment ils le font est au cœur de la recherche de la collaboration VERTICO.

Le cycle de vie des galaxies

Lorsque les galaxies s'effondrent, le plasma intergalactique peut rapidement éliminer leur gaz dans un processus violent appelé balayage par pression dynamique. Lorsque le gaz nécessaire à la formation des étoiles n'est plus présent, la galaxie se transforme en un objet inerte dans lequel aucune nouvelle étoile ne peut naître.

De plus, la température élevée des amas peut stopper le refroidissement des gaz chauds dans les galaxies. Dans ce cas, le gaz de la galaxie n'est pas activement éliminé par l'environnement. Ce processus conduit à un arrêt lent et inexorable de la formation des étoiles, appelé, de façon quelque peu morbide, famine ou strangulation.

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Une image de la galaxie spirale NGC 4330 dans l'amas de la Vierge. Le gaz chaud balayé par pression dynamique est représenté en rouge et le gaz en forme d'étoile est représenté en bleu sur le dessus. Fossatie et al (2018), Author provided

Bien que ces processus varient considérablement, chacun d'eux laisse une empreinte unique et identifiable dans le gaz qui forme les étoiles de la galaxie. La reconstitution de ces empreintes pour former une image des changements dans les galaxies est l'un des principaux objectifs de la collaboration VERTICO. En nous appuyant sur des décennies de travail pour comprendre comment l'environnement dicte l'évolution des galaxies, nous souhaitons ajouter une nouvelle pièce critique au puzzle.

Une étude de cas idéale

L'amas de la Vierge est un endroit idéal pour une étude aussi détaillée de l'environnement. C'est un amas très dense de galaxies, il est le plus proche de nous et il est en cours de formation. Cela signifie que nous pouvons obtenir un instantané des galaxies à différentes étapes de leur cycle de vie. Cela nous permet d'avoir une image détaillée de la façon dont la formation des étoiles est interrompue dans les amas de galaxies.

Des galaxies de l'amas de la Vierge ont été observées à presque toutes les longueurs d'onde du spectre électromagnétique (par exemple, radio, optique et ultraviolet, mais les observations de gaz formant des étoiles (faites à des longueurs d'onde millimétriques) avec la sensibilité et la résolution nécessaires n'existent pas encore. VERTICO fournira des cartes à haute résolution de l'hydrogène gazeux moléculaire pour 51 galaxies.

Avec les données de l'ALMA pour ce grand échantillon de galaxies, il sera possible de révéler exactement quels mécanismes d'extinction, de balayage par pression dynamique ou de famine, tuent les galaxies dans des environnements extrêmes et comment.

En cartographiant le gaz qui forme les étoiles dans les galaxies qui sont en voie d'extinction, VERTICO fera progresser notre compréhension actuelle de l'évolution des galaxies dans les régions les plus denses de l'univers.