Les origines violentes des galaxies récemment éteintes se dévoilent

Grâce au télescope spatial James Webb (JWST), une équipe de chercheurs de l'Université de Nottingham a peut-être trouvé la réponse à une question qui intrigue les astronomes depuis des années : pourquoi certaines galaxies lointaines cessent-elles brutalement de former des étoiles et deviennent-elles inactives ?

Les chercheurs ont étudié des systèmes particuliers appelés galaxies post-starburst, qui ont interrompu très rapidement leur activité. Comprendre ce phénomène est essentiel pour retracer l'évolution de l'Univers, car ces galaxies représentent une phase de transition cruciale entre une période de forte formation d'étoiles et un état de repos.

Jusqu'à présent, ce processus était difficile à étudier, car les détails étaient masqués par la distance ou par la poussière. Grâce au télescope spatial James Webb, les astronomes peuvent désormais observer des signatures spectrales caractéristiques qui étaient totalement invisibles avec les télescopes terrestres.

Les images à haute résolution fournies par ses instruments permettent également d'étudier en détail la structure et la morphologie de ces galaxies lointaines, aujourd'hui observées dans un état de quiescence.

Le mystère de l'arrêt de la formation des étoiles

La formation stellaire est le processus par lequel le gaz s'effondre sous l'effet de la gravité pour donner naissance à de nouvelles étoiles. Dans les galaxies actives, ce cycle produit en permanence de nouvelles étoiles et donc de la lumière. Mais lorsque le gaz vient à manquer ou est dispersé, ce processus s'interrompt et la galaxie devient « silencieuse », c'est-à-dire qu'elle ne forme plus de nouvelles étoiles.

L'étude révèle qu'il existe deux mécanismes par lesquels ces galaxies deviennent totalement inactives.

• Dans l'Univers primordial, les événements violents dominaient.
• À des époques plus récentes, les mécanismes semblent en revanche beaucoup plus progressifs. Cette dualité permet d'expliquer la diversité des galaxies observées dans l'Univers profond.

Les observations montrent que, pour les galaxies les plus massives, l'arrêt de la formation d'étoiles est généralement brutal et définitif, au point que ces systèmes évoluent vers des sphéroïdes très compacts. Cette transformation morphologique suggère que l'énergie en jeu provient d'interactions physiques à grande échelle.

En observant dans l'infrarouge, le télescope spatial James Webb joue un rôle essentiel dans l'identification de ces transformations au fil du temps. Sa capacité à traverser les nuages de poussière permet de révéler la véritable répartition des étoiles au sein de ces galaxies.

Des traces de collisions entre galaxies

Bien que ces galaxies paraissent aujourd'hui calmes, les chercheurs y ont détecté les marques d'un passé particulièrement violent. Ils ont mis en évidence des perturbations de leur structure, compatibles avec des collisions entre galaxies riches en gaz. Ces fusions auraient déclenché un ultime épisode intense de formation d'étoiles avant l'arrêt définitif de cette activité.

En analysant les images, les chercheurs ont identifié des résidus de lumière désordonnés qui ne correspondent pas aux modèles de galaxies lisses. Cette caractéristique, appelée « asymétrie résiduelle », est utilisée pour repérer les traces de fusions galactiques récentes, qui apparaissent sous la forme de structures irrégulières.

Des simulations avaient déjà suggéré que les fusions galactiques violentes donnaient naissance à des noyaux extrêmement compacts. Grâce aux observations du télescope spatial James Webb, cette étude confirme désormais que ces signatures de perturbation sont fréquentes dans les galaxies les plus massives.

Ces traces de violence s'estompent progressivement avec le temps. À mesure que les étoiles vieillissent, la structure de la galaxie devient plus homogène et celle-ci adopte une apparence plus paisible. Les observer peu après ces événements permet aux chercheurs d'étudier les processus catastrophiques qui ont mis fin à la formation d'étoiles.

L'avenir des recherches sur les galaxies

Si les fusions massives ont longtemps déterminé le destin des galaxies, des mécanismes plus progressifs semblent aujourd'hui dominer leur évolution. Cette distinction permet de mieux comprendre comment la dynamique galactique a changé au fil du temps. Ces travaux contribuent également à expliquer, dans un même cadre, la formation et l'extinction des galaxies.

Les galaxies de plus faible masse, par exemple, conservent souvent leur structure en disque même après avoir cessé de former des étoiles. Dans leur cas, cette transformation semble davantage résulter des effets de leur environnement ou de fusions de moindre ampleur, qui préservent leur morphologie d'origine. Cela illustre la diversité des trajectoires évolutives suivies par les galaxies.

L'équipe prévoit désormais de combiner ces images avec de nouvelles observations spectroscopiques de haute précision. Celles-ci permettront de mesurer plus finement les mouvements internes des étoiles et du gaz afin de reconstituer l'histoire complète de chaque galaxie, depuis sa formation jusqu'à son entrée dans une phase de quiescence.

Le télescope spatial James Webb continuera sans aucun doute à jouer un rôle central dans cette quête de réponses fondamentales. Chaque nouvelle image rapproche un peu plus les astronomes de la compréhension des mécanismes physiques qui déterminent le destin des galaxies les plus lointaines de l'Univers.