JWST repère dans l’univers primordial un flux de sortie qui pourrait éteindre des galaxies

JWST trouve une preuve directe que des flux de sortie violents peuvent aider à mettre fin à la formation d’étoiles dans les jeunes galaxies

Des astronomes utilisant le James Webb Space Telescope et l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ont observé ce qui semble être une puissante sortie de gaz s’échappant d’un système galactique vu seulement 1 milliard d’années après le Big Bang. La cible, connue sous le nom de CRISTAL-02, est un système en fusion dont la masse stellaire atteint environ 10 milliards de fois celle du Soleil. Selon les chercheurs, la sortie est presque aussi longue que le système lui-même et se déplace dans l’espace à des centaines de miles par seconde.

L’observation est importante car elle apporte un soutien direct à une explication débattue depuis longtemps de l’une des plus grandes énigmes soulevées par Webb: pourquoi certaines galaxies de l’univers primitif semblent avoir grossi rapidement avant de cesser peu après de former des étoiles. Le nouveau travail, publié le 10 juin dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, soutient que les vents portés par les étoiles associés aux fusions galactiques peuvent retirer ou perturber le gaz nécessaire à la future formation stellaire.

Une énigme des premiers milliards d’années

Webb a montré à plusieurs reprises que le jeune univers était plus mûr que beaucoup de chercheurs ne l’avaient prévu. Au cours du premier milliard d’années après le Big Bang, les galaxies avaient déjà accumulé une masse importante. Tout aussi surprenant, beaucoup d’entre elles semblent également être devenues quiescentes, c’est-à-dire que leur formation d’étoiles a fortement ralenti ou s’est arrêtée complètement, à peine environ un milliard d’années plus tard.

Cette combinaison a poussé les astronomes à examiner de plus près les mécanismes capables de faire passer rapidement une galaxie d’une croissance rapide à l’inactivité. Les vents galactiques sont depuis longtemps considérés comme une candidate possible. L’idée est simple: si une galaxie perd trop de gaz froid, ou si ce gaz est chauffé, dispersé ou éjecté, la matière première nécessaire à la formation de nouvelles étoiles disparaît. Ce qu’il a été plus difficile d’établir, c’est de savoir si ces vents étaient assez puissants, assez tôt, pour façonner les galaxies dans le premier chapitre de l’histoire cosmique.

CRISTAL-02 offre aux chercheurs une étude de cas précisément à cette époque. Comme le système est observé à une période où l’univers n’avait qu’environ 1 milliard d’années, il offre une fenêtre sur la transition entre croissance active et possible arrêt dans le jeune cosmos.

Pourquoi les fusions peuvent compter

Le texte source décrit CRISTAL-02 comme une fusion galactique dans les phases avancées d’une collision entre plusieurs galaxies. En termes généraux, les fusions peuvent concentrer le gaz, déclencher d’intenses flambées de formation d’étoiles et agiter la dynamique interne d’un système. Ces mêmes conditions peuvent aussi produire une forte rétroaction, y compris des vents qui emportent de la matière vers l’extérieur.

Ce qui rend le nouveau résultat remarquable n’est pas simplement la présence de gaz à l’extérieur de la galaxie, mais le fait que le panache soit à la fois grand et rapide. Une structure d’une telle échelle suggère que le flux de sortie n’est pas un simple effet secondaire. Il pourrait plutôt constituer une partie centrale de la manière dont le système évolue. Si suffisamment de gaz est retiré, la fusion qui alimente brièvement l’activité peut aussi contribuer à y mettre fin.

Cela permet de replacer les collisions galactiques dans un cadre moins romantique que l’image habituelle d’une « plus grande galaxie formée de deux plus petites ». Les fusions bâtissent bien des structures plus massives, mais elles peuvent aussi créer les conditions qui freinent la croissance ultérieure. En ce sens, le même processus qui assemble une galaxie massive peut contribuer à la rendre silencieuse.

Ce que les instruments ont apporté

Webb et ALMA sont des outils complémentaires pour ce type de travail. Webb peut sonder l’univers lointain avec une sensibilité exceptionnelle, tandis qu’ALMA est particulièrement puissant pour étudier le gaz froid et la poussière aux longueurs d’onde millimétriques et submillimétriques. Ensemble, ils permettent aux astronomes de relier structure galactique, formation d’étoiles et mouvement du gaz dans des systèmes qu’il aurait été bien plus difficile de caractériser il y a seulement quelques années.

Cette combinaison devient de plus en plus importante à mesure que les scientifiques passent du simple recensement de galaxies anciennes surprenantes à l’explication de leur formation et de leur évolution. Webb a rendu le problème plus aigu en trouvant tant de systèmes massifs et apparemment dormants à grand décalage vers le rouge. Des études de suivi comme celle-ci constituent l’étape suivante: identifier des mécanismes physiques plutôt que signaler seulement des anomalies.

Ce que cela pourrait signifier pour l’évolution des galaxies

L’implication immédiate est que les vents portés par les étoiles peuvent plausiblement jouer un rôle majeur dans l’extinction des galaxies beaucoup plus tôt dans l’histoire cosmique qu’il n’avait été fermement démontré auparavant. Si CRISTAL-02 est représentatif d’une population plus large, alors les flux de sortie violents associés aux fusions peuvent aider à expliquer pourquoi Webb observe si tôt un mélange diversifié de galaxies actives et quiescentes.

Cette découverte suggère aussi que les galaxies « mortes » de l’univers primordial ne nécessitent peut-être pas une seule explication exotique. Certaines pourraient plutôt résulter de processus de rétroaction qui deviennent particulièrement intenses dans des environnements dominés par les fusions. Cela ferait de l’extinction moins une anomalie qu’une étape naturelle de la croissance rapide initiale.

Le reportage de Live Science va plus loin en notant que de telles observations pourraient offrir un aperçu de la façon dont les grandes galaxies finiront par ralentir, y compris dans le lointain avenir de systèmes comme la Voie lactée. Cette analogie plus large reste interprétative, mais l’observation centrale est plus concrète: un jeune système galactique en fusion semble perdre du gaz à une échelle qui pourrait affecter directement sa capacité à continuer de former des étoiles.

La question plus large de l’ère Webb

L’une des raisons pour lesquelles ce résultat attirera l’attention est qu’il s’inscrit dans une tendance plus large de l’astronomie depuis le début des opérations de Webb. Beaucoup des contributions les plus importantes du télescope n’ont pas été des découvertes isolées, mais des tests de résistance appliqués à des modèles existants. Les observations de galaxies anciennes étonnamment massives, de trous noirs précoces et de signatures chimiques matures ont toutes poussé les théoriciens à affiner la vitesse à laquelle les structures se sont formées après le Big Bang et l’efficacité des rétroactions internes.

CRISTAL-02 ajoute désormais un autre point de données à cet effort de révision. Il suggère que l’univers primordial n’a pas seulement été une période d’assemblage rapide, mais aussi d’arrêt rapide dans certains systèmes, avec des processus de rétroaction capables de remodeler les galaxies sur des échelles de temps relativement courtes.

Des observations supplémentaires détermineront à quel point ces gigantesques flux de sortie sont courants et s’ils suffisent à eux seuls à produire la population de galaxies quiescentes révélée par Webb. Mais en tant que preuve directe, il s’agit d’une étape importante: les astronomes ont surpris un jeune système galactique en train d’évacuer apparemment le matériau dont il a besoin pour survivre comme usine à étoiles.

Cet article est basé sur un reportage de Live Science. Lire l’article original.