Des astronomes identifient le mystérieux « moteur » d’une lumière intergalactique surpuissante


Une lumière infrarouge brillante provenant de deux galaxies en cours de fusion vient de sortir de sa cachette.

Le JWST (à droite) révèle une lumière invisible pour Hubble (à gauche). (Hanae Inami/Université de Hiroshima)

Grâce au JWST, les astronomes ont localisé l’emplacement exact de la lumière, derrière un épais mur de poussière qui l’obscurcit dans d’autres longueurs d’onde. On ne sait pas encore ce qui produit cette lumière, mais le fait de préciser l’endroit où elle se trouve aidera à comprendre ce qu’elle est, et comment elle brille beaucoup plus que prévu.

“Le télescope spatial James Webb nous a offert des vues totalement nouvelles de l’Univers grâce à sa résolution spatiale et à sa sensibilité dans l’infrarouge les plus élevées jamais obtenues”, explique l’astrophysicienne Hanae Inami, du Centre des sciences astrophysiques de l’université d’Hiroshima, au Japon.

“Nous voulions trouver le ‘moteur’ qui alimente ce système de galaxies en fusion. Nous savions que cette source était profondément cachée par la poussière cosmique, et nous ne pouvions donc pas utiliser la lumière visible ou ultraviolette pour la trouver. Ce n’est que dans l’infrarouge moyen, observé avec le télescope spatial James Webb, que nous voyons maintenant que cette source surpasse tout le reste dans ces galaxies en fusion.”

Bien que l’Univers soit principalement constitué d’espace vide, les fusions entre galaxies ne sont pas rares. Les galaxies massives sont attirées l’une vers l’autre par l’inexorable attraction de la gravité, se combinant pour former des galaxies plus grandes.

Il ne s’agit même pas d’une chose lointaine qui n’arrive qu’à d’autres galaxies ailleurs : la Voie lactée elle-même est un monstre de Frankenstein cosmique, partiellement constitué de toutes les autres galaxies qu’elle a englobées au cours de ses milliards d’années de vie.

De nombreux exemples de fusions galactiques à différents stades ont été découverts dans l’Univers, mais il s’agit d’un processus lent qui peut prendre des millions, voire des milliards d’années.

Les scientifiques doivent prendre les exemples dont nous disposons et reconstruire la ligne du temps autour d’eux, comme une image unique d’un film, et les seuls autres exemples sont des images uniques de films similaires, mais différents. C’est un travail minutieux, mais c’est l’un des meilleurs outils dont nous disposons pour comprendre les fusions de galaxies.

Nous savons également, d’après la lumière émise par ces fusions, qu’elles sont assez vivantes. Bien que les galaxies soient principalement constituées d’espace, les étoiles peuvent entrer en collision les unes avec les autres, ou interagir gravitationnellement pour perturber leurs orbites respectives.

Les nuages de gaz en formation entre les étoiles peuvent également se heurter les uns aux autres, générant des chocs qui peuvent déclencher de furieuses vagues de formation d’étoiles connues sous le nom de “starburst”, visibles sous forme de lumière infrarouge jaillissant des nuages de poussière.

C’est ce que les scientifiques s’attendaient à voir lorsqu’ils ont braqué le télescope spatial infrarouge Spitzer sur une fusion de galaxies située à 500 millions d’années-lumière, appelée IIZw096, en 2010.

Au lieu de cela, ils ont trouvé une lumière infrarouge brillante au milieu de la collision en cours. Malheureusement, Spitzer n’offrait pas une résolution suffisante pour trouver l’emplacement exact de la source lumineuse, et le mystère a dû être mis de côté.

En effet, les grandes longueurs d’onde de la lumière infrarouge ne se dispersent pas sur la poussière comme le font les petites longueurs d’onde, et Spitzer était le meilleur à son époque, de sorte qu’aucun autre télescope ne pouvait espérer s’en approcher. Puis le JWST est arrivé, et Inami et ses collègues ont voulu s’en approcher.

La lueur brillante est beaucoup plus détaillée dans les données de JWST que dans celles de Spitzer. (Hanae Inami/Hiroshima University)

Ils ont constaté que la source représente environ 70 % de la lumière infrarouge moyenne émise par les galaxies en fusion. En outre, bien que les deux galaxies s’étendent ensemble sur environ 65 000 années-lumière, la source infrarouge a un rayon maximal de 570 années-lumière. Cela suggère que la source de l’émission est très compacte.

Nous savons que la matière entourant un trou noir actif émet beaucoup de lumière, et que les trous noirs supermassifs au centre des galaxies peuvent fusionner lorsqu’ils se rencontrent au centre de la fusion. Mais l’emplacement de la lumière est particulier ; il ne se trouve pas au centre de l’une ou l’autre galaxie, là où l’on s’attendrait normalement à trouver un tel trou noir.

“Nous voulons savoir ce qui alimente cette source : s’agit-il d’une explosion d’étoiles ou d’un trou noir massif ?” explique Inami.

“Nous allons utiliser des spectres infrarouges pris avec le télescope spatial James Webb pour étudier cette question. Il est également inhabituel que le ‘moteur’ se trouve en dehors des parties principales des galaxies en fusion, nous allons donc explorer comment cette puissante source s’est retrouvée là.”

Les 12 sources lumineuses cohérentes avec une activité de combustion d’étoiles. (Inami et al., ApJL, 2023)

Les chercheurs ont également identifié 12 sources plus petites de lumière dans l’infrarouge moyen dans les données du JWST, regroupées autour du “moteur” brillant. Certains de ces petits amas avaient déjà été observés dans les données de Hubble dans le proche infrarouge, mais cinq d’entre eux sont nouveaux.

Ils sont moins mystérieux – le profil lumineux correspond à l’activité d’une explosion d’étoiles – mais ils indiquent que quelque chose d’énergique se passe au point de rencontre des deux galaxies.

Les chercheurs espèrent que les analyses futures permettront d’identifier la source de cette lumière mystérieusement brillante. Entre-temps, ils prévoient d’autres observations pour aider à caractériser la poussière et le gaz à l’intérieur et autour de la collision en cours et singulière.

Les recherches ont été publiées dans The Astrophysical Journal Letters.

Lire aussi : Nous avons détecté des « particules fantômes » s’échappant du cœur d’une galaxie recouverte de poussière

Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche


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