07/06/2016

Les galaxies expulsent au loin leurs éléments lourds


Les galaxies semblent expulser de grandes quantités d'éléments lourds vers les confins de leur halo, jusqu'à un million d'années-lumière de leur centre, alors que l'on pensait jusque là qu'elles conservaient efficacement ces atomes pour former de nouvelles générations d'étoiles et les planètes qui vont avec...




L'équipe dirigée par Benjamin Oppenheimer (Université du Colorado) a réussi à montrer qu'il y a plus d'atomes d'oxygène, de carbone et de fer dans les halos des galaxies, ce qu'on appelle le milieu circumgalactique (CGM) que dans les galaxies elles-mêmes. Les galaxies recyclent en fait très mal leurs "déchets"...
Ce milieu circumgalactique, qui est un très vaste réservoir de gaz entourant les galaxies, doit jouer un rôle important dans le cycle des éléments chimiques, mais ces mécanismes sont aujourd'hui encore assez mal connus. Pour se faire une idée, on peut rappeler que la dimension typique d'une galaxie est d'environ 30000 à 100000 années-lumières, tandis que le CGM s'étend 10 fois plus loin.
L'équipe américaine a exploité un instrument monté sur le télescope spatial Hubble qui s'appelle le Cosmic Origin Spectrograph (COS), dédié principalement à l'étude de l'évolution de l'Univers par des mesures de spectroscopie UV.

Les chercheurs ont observés plusieurs types de galaxies, des galaxies spirales et des galaxies elliptiques. Le constat est le même pour les deux types de galaxies : plus de la moitié des éléments lourds qu'elles ont créé dans leurs étoiles se retrouve propulsée dans leur milieu circumgalactique.
Les astronomes ont reproduit les phénomènes par des simulations numériques et obtiennent des résultats très proches entre les galaxies numériques et les galaxies réelles. Et ces simulations permettent en outre d'expliquer des observations de Hubble qui avaient intrigué les chercheurs : l'abondance moins forte en oxygène autour des galaxies elliptiques qu'autour des galaxies spirales.
Il se trouve que le CGM des galaxies elliptiques est plus chaud (sa température vaut environ 1 million de degrés), ce qui induit une réduction de la fraction de l'oxygène 5 fois ionisé, qui est l'ion d'oxygène mesuré par Hubble par ses raies d'émission.  Le CGM des galaxies spirales n'est lui qu'à 300 000 degrés.
Plus précisément, les galaxies spirales montrent en moyenne environ 100 millions de masses solaires d'oxygène dans leur milieu interne, contre 150 millions dans leur CGM dont 2 millions de masses solaires d'oxygène V (5 fois ionisé), et les galaxies elliptiques, plus massives, ont 500 millions de masses solaires d'oxygène dans leur structure interne, contre autant dans leur CGM, avec 0,2 millions de masses solaires d'oxygène V.

L'enrichissement du milieu circumgalactique est un long processus qui prend plusieurs milliards d'années. Il est provoqué par les explosions successives de supernovas et par les trous noirs supermassifs qui induisent de puissants vents de matière.
Ces observations validées par de nouvelles simulations (ou l'inverse), permettent de mieux comprendre l'évolution des galaxies et leur - finalement - très faible efficacité de recyclage de cette matière si précieuse dont nos planètes et nous-nous sommes faits. 

Source  :

Bimodality of low-redshift circumgalactic O VI in non-equilibrium EAGLE zoom simulations
B. Oppenheimer et al.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (5 Mai 2016)


Image :

(1) Illustration du milieu circumgalactique (en jaune et rouge) entourant un couple de galaxies (Adrien Thob, LJMU)