Chez Messier, Brahé et Galilée : la taverne du gentleman astronome

Les galaxies ingèrent en permanence du gaz de leur environnement et expulsent en retour de la matière sous forme de vents stellaires. Difficiles à observer en dehors des galaxies proches, ces flux de matière viennent d’être confirmés dans l’Univers lointain.

Évrard-Ouicem Eljaouhari
01 février 2024| POUR LA SCIENCE N° 556| Temps de lecture : 2 mn

La matière expulsée par la galaxie M82 est visible en rouge sur cette image composite.
© Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/Université de l’Arizona

Les galaxies respirent. Constamment, elles inhalent une partie du gaz du halo galactique qui les entoure. Et, en retour, elles expulsent de la matière sous la forme de jets coniques émis perpendiculairement à leur plan de rotation. Ces jets de gaz sont appelés « vents stellaires » (ou galactiques) et ont été observés autour de la Voie lactée et de quelques autres galaxies proches. À quel point cette description est-elle générale à la dynamique de toutes les galaxies ? Pour le savoir, les chercheurs tentaient de détecter les vents stellaires dans des galaxies plus lointaines. Et c’est justement ce que Yucheng Guo, astrophysicien à l’université de Lyon, et ses collaborateurs ont réussi à faire grâce au spectrographe Muse du VLT (Very Large Telescope), au Chili.
Contrairement à ce que l’on pourrait croire, les galaxies sont tout sauf des systèmes isolés. D’abord, chacune est entourée d’un halo de gaz. Ensuite, les galaxies sont connectées entre elles par des filaments géants, de gaz également, et forment ainsi ce que l’on nomme la « toile cosmique ». Seulement 7 % de la matière ordinaire, dite « baryonique », se situe dans les étoiles et galaxies. Tout le reste, donc l’immense majorité, est distribué entre les galaxies, à même cette toile cosmique. Et les galaxies ne sont pas hermétiques à tout ce gaz qui les entoure. Elles en incorporent en permanence, et ce gaz alimente grandement la formation d’étoiles.

Les galaxies ne font pas qu’incorporer du gaz, elles en éjectent également. La naissance des étoiles est un processus intense qui libère une grande quantité d’énergie. Si on ajoute à cela les explosions en supernovæ d’astres en fin de vie, ces mécanismes agitent fortement le gaz présent à l’intérieur de la galaxie, au point qu’une partie de ce dernier se retrouve expulsée sous forme de vent stellaire, en grande partie dans le halo. Ce vent limite alors l’apport de gaz venu de l’extérieur pour former des étoiles (on parle de feedback en anglais). Cet équilibre dans les flux contrôle la croissance des galaxies. « S’il n’y avait pas de vent stellaire, il y aurait davantage de grosses galaxies que ce que l’on observe aujourd’hui », indique Yucheng Guo.

Pour traquer les vents stellaires, les astrophysiciens ont sélectionné des galaxies vues de profil (à gauche) ou de face (à droite) et ont cherché des émissions de l’atome de magnésium. Dans le premier cas, les signaux se répartissent de part et d’autre du plan galactique, dans le second, on observe une structure d’anneau, ce qui était bien attendu.
© Yucheng Guo

Des vents stellaires ont déjà été observés autour de galaxies proches, y compris la Voie lactée. Mais détecter ces vents dans des galaxies plus lointaines est difficile, car ces flux sont diffus et peu lumineux. Pour y parvenir, Yucheng Guo et ses collègues ont alors examiné plus de 150 galaxies vieilles de sept milliards d’années avec le spectrographe Muse du VLT à la recherche de signatures spécifiques d’éléments produits dans les étoiles et inclus dans le vent stellaire, en particulier d’atomes de magnésium.
Et puisque le jet est perpendiculaire au disque galactique, les chercheurs ont choisi des galaxies que l’on voit soit de côté, soit de face. Ainsi, dans le premier cas, la forme conique du vent, s’il existe, doit être clairement observable. Et dans le second cas, la base du cône devrait apparaître comme un cercle de gaz entourant la galaxie. « C’est exactement ce que l’on a observé, rapporte Yucheng Guo. Le vent stellaire est donc bien commun à toutes les galaxies. »