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La galaxie la plus lumineuse jamais découverte est en train de cannibaliser non pas une, ni deux, mais au moins trois de ses plus petites voisines, selon une nouvelle étude publiée dans le journal Science et coécrite par des scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie.

W2246-0526 cannibalise trois autres galaxies

Découverte par WISE (space-based Wide-field Infrared Survey Explorer) de la NASA en 2015, la galaxie, appelée WISE J224607.55-052634.9, n’est en aucun cas la galaxie la plus grande ou la plus massive que nous connaissions, mais elle irradie 350 trillions de fois la luminosité du Soleil. Si toutes les galaxies étaient placées à la même distance de nous, WISE J224607.55-052634.9 (ou W2246-0526 en abrégé) serait la plus brillante.
De nouvelles observations faites à l’aide du Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) au Chili révèlent que des traînées de poussière sont extraites de trois galaxies plus petites dans la galaxie W2246-0526. Les poussières contiennent à peu près autant de matériaux que les galaxies plus petites elles-mêmes, et il n’est pas clair si ces galaxies échapperont à leur destin actuel ou seront complètement consumées par leur voisin.
La majorité de la luminosité record de W2246-0526 provient non seulement des étoiles, mais aussi d’une collection de gaz chauds et de poussière concentrée autour du centre de la galaxie. Au cœur de ce nuage se trouve un trou noir supermassif, récemment déterminé à être 4 milliards de fois plus massifs que le soleil. La matière tombe vers ce trou noir à très haute vitesse, s’écrasant ensemble et se réchauffant jusqu’à des millions de degrés, faisant briller la matière avec une puissance incroyable. Les galaxies qui contiennent ces types de structures lumineuses alimentées par des trous noirs sont appelées quasars.
Comme n’importe quel moteur sur Terre, l’énorme puissance de sortie énergétique de W2246-0526 nécessite une consommation de carburant tout aussi élevée. Dans ce cas, cela signifie que le gaz et la poussière forment les étoiles et remplissent le nuage autour du trou noir central. Cette nouvelle étude montre que la quantité de matière accumulée par WJ2246-0526 de ses voisines est suffisante pour reconstituer ce qui est consommé, soutenant ainsi l’énorme luminosité de la galaxie.

Un phénomène qui se poursuivra pendant des millions d’années

« Il est possible que cette frénésie alimentaire soit déjà en cours depuis un certain temps, et nous nous attendons à ce que la fête galactique se poursuive pendant au moins quelques centaines de millions d’années », a déclaré Tanio Diaz-Santos de l’Universidad Diego Portales à Santiago, au Chili, auteur principal de l’étude.
Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont utilisé des images d’ALMA – une collection d’antennes radio individuelles qui fonctionnent ensemble comme un télescope unique – pour identifier les traînées poussiéreuses de matériaux. La position des traînées d’accrétion suggère fortement qu’elles contiennent du matériel circulant entre W2246-0526 et les autres galaxies. De plus, les sentiers présentent la bonne morphologie – c’est-à-dire que la forme des sentiers est conforme à la façon dont le matériau devrait s’écouler s’il est attiré d’une galaxie vers une autre.
Ce type de cannibalisme galactique n’est pas rare. Les astronomes ont déjà observé des galaxies fusionnant avec ou accumulant de la matière de leurs voisins dans l’univers proche. Par exemple, la paire de galaxies que l’on appelle collectivement « les souris » est ainsi nommée parce que chacune a une longue et mince queue de matériel qui s’étend loin derrière elle.
La lumière de W2246-0526 a mis 12,4 milliards d’années pour nous atteindre, donc les astronomes voient l’objet tel qu’il était quand notre univers n’était qu’un dixième de son âge actuel de 13,8 milliards d’années. À cette distance, les courants de matière tombant dans W2246-0526 sont particulièrement faibles et difficiles à détecter. Cette étude repose sur 2,5 heures de temps d’observation en utilisant 40 des antennes radio de 12 mètres d’ALMA.

Aucune preuve d’interactions 

« Nous savions à partir de données antérieures qu’il y avait trois galaxies compagnes, mais il n’y avait aucune preuve d’interactions entre ces galaxies voisines et la source centrale », a déclaré Diaz-Santos. « Nous ne cherchions pas un comportement cannibale et nous ne nous y attendions pas, mais cette plongée profonde avec l’observatoire d’ALMA le montre très clairement. »
W2246-0526 appartient à une catégorie spéciale de quasars particulièrement lumineux appelés galaxies chaudes, obscurcies par la poussière. Les astronomes pensent que la plupart des quasars obtiennent une partie de leur carburant de sources externes. Une possibilité est que ces objets reçoivent un lent filet de matière de l’espace entre les galaxies. Une autre est qu’ils se nourrissent par éclats en dévorant d’autres galaxies, ce qui semble se produire avec W2246-0526. Il n’est pas clair si W2246-0526 est représentatif d’autres quasars obscurcis (ceux avec leurs moteurs centraux obscurcis par d’épais nuages de poussière) ou si c’est un cas spécial.
« Cette galaxie est peut-être unique, parce qu’elle est presque deux fois plus lumineuse que n’importe quelle autre galaxie que nous avons trouvée avec WISE et qu’elle s’est formée très tôt dans l’histoire de l’univers », a déclaré Peter Eisenhardt, chercheur du projet JPL pour WISE et coauteur de ce nouvel article. « Mais nous avons découvert beaucoup d’autres galaxies avec WISE qui sont similaires à celle-ci: lointaines, poussiéreuses et des milliers de fois plus lumineuses que les galaxies typiques. Donc avec W2246-0526, nous pouvons voir ce qui s’est passé pendant une étape-clé dans l’évolution des galaxies et des quasars obscurcis. »

Un trou noir de 4 milliards de fois la masse du Soleil

En fin de compte, la gourmandise de cette galaxie ne peut conduire qu’à l’autodestruction. Les scientifiques pensent que les quasars obscurcis qui rassemblent trop de matériel autour d’eux finissent par expulser du gaz et de la poussière à travers la galaxie. Cette attaque de matériaux stoppe la formation de nouvelles étoiles, poussant essentiellement la galaxie vers la retraite tandis que d’autres galaxies continuent de se renouveler avec la naissance de nouvelles étoiles.
Une étude complémentaire sur W2246-0526, publié dans le Journal Astrophysique, a fourni la mesure de la masse du trou noir supermassif au centre de la galaxie – 4 milliards de fois la masse du Soleil. Cette masse est grande, mais l’extrême luminosité de W2246-0526 exige un trou noir supermassif avec une masse au moins trois fois plus grande, selon les auteurs de l’étude. La résolution de cette apparente contradiction nécessitera davantage d’observations.
Source : NASA