Starburst Galaxies Hotbeds of Star Formation

L'univers est rempli de galaxies, elles-mêmes remplies d'étoiles. À un moment donné de sa vie, chaque galaxie était hérissée de formation d'étoiles dans de vastes nuages ​​d'hydrogène gazeux. Même aujourd'hui, certaines galaxies semblent avoir plus que la quantité habituelle d'activité de naissance d'étoiles et les astronomes veulent savoir pourquoi. Il y avait tellement d'étoiles nées dans certaines galaxies à une époque antérieure qu'elles ressemblaient probablement à des éclats de feux d'artifice cosmiques. Les astronomes appellent ces foyers de naissance stellaire des «galaxies à éclat d'étoiles».

Points clés à retenir: Galaxies de Starburst

• Les galaxies Starburst sont des galaxies où des taux élevés de formation d'étoiles se sont produits très rapidement.
• Presque tous les types de galaxies peuvent subir des explosions d'étoiles si les conditions sont réunies.
• Les astronomes savent que les galaxies à explosion stellaire sont souvent impliquées dans des fusions qui mêlent étoiles et gaz. Les ondes de choc poussent le gaz, ce qui déclenche l'activité des étoiles.

Les galaxies Starburst ont des taux inhabituellement élevés de formation d'étoiles, et ces salves durent pendant une courte période au cours de la longue vie de la galaxie. En effet, la formation d'étoiles brûle très rapidement à travers les réserves de gaz de la galaxie.

Il est probable que l'éclatement soudain de la naissance d'une étoile soit déclenché par un événement spécifique. Dans la plupart des cas, une fusion de galaxies fait l'affaire. C'est alors que deux ou plusieurs galaxies se rejoignent dans une longue danse gravitationnelle et finissent par se fusionner. Lors de la fusion, les gaz de toutes les galaxies concernées sont mélangés. La collision envoie des ondes de choc à travers ces nuages ​​de gaz, qui compressent les gaz et déclenchent des salves de formation d'étoiles. 

Propriétés des galaxies Starburst

Les galaxies Starburst ne sont pas un "nouveau" type de galaxie, mais plutôt simplement une galaxie (ou des galaxies mélangées) dans une phase particulière de leur évolution. Malgré cela, certaines propriétés apparaissent dans la plupart des galaxies à éclat d'étoile:

• un taux de formation d'étoiles très rapide. Ces galaxies produiront des étoiles à des taux bien supérieurs au taux moyen de la plupart des galaxies "régulières";
• disponibilité de gaz et de poussière. Certaines galaxies peuvent avoir des taux de formation d'étoiles supérieurs à la normale simplement en raison de leurs volumes élevés de gaz et de poussière. Cependant, certaines galaxies à explosion stellaire n'ont pas les réserves pour justifier pourquoi elles auraient des taux de formation d'étoiles aussi élevés, donc les fusions ne sont peut-être pas la seule explication;
• le taux de formation d'étoiles ne correspond pas à l'âge de la galaxie. L'essentiel est que le taux actuel de formation d'étoiles n'aurait pas pu être constant depuis la formation de la galaxie compte tenu de son âge. Une ancienne galaxie n'aurait tout simplement pas assez de gaz pour maintenir l'action de la naissance des étoiles pendant des milliards d'années. Dans certaines galaxies à explosion d'étoiles, les astronomes voient une soudaine explosion de naissance d'étoiles, et souvent l'explication est une fusion ou une rencontre fortuite avec une autre galaxie.

Les astronomes comparent parfois aussi le taux de formation d'étoiles dans une galaxie par rapport à sa période de rotation. Si, par exemple, la galaxie épuise tout son gaz disponible au cours d'une rotation de la galaxie (compte tenu du taux élevé de formation d'étoiles), alors elle peut être considérée comme une galaxie à explosion d'étoiles. La Voie lactée tourne une fois tous les 220 millions d'années; certaines galaxies vont beaucoup plus lentement, d'autres plus vite.

Une autre méthode largement acceptée pour voir si une galaxie est une explosion d'étoiles consiste à comparer le taux de formation des étoiles par rapport à l'âge de l'univers. Si le taux actuel épuise tout le gaz disponible en moins de 13,7 milliards d'années, il est possible qu'une galaxie donnée soit dans un état d'étoile. 

Image annotée montrant des caractéristiques éblouissantes ressemblant à des paupières éclatant d'étoiles dans la galaxie IC 2163. Un tsunami d'étoiles et de gaz déclenché par une collision avec la galaxie NGC 2207 (une partie de son bras en spirale est montrée sur le côté droit de l'image). L'image ALMA du monoxyde de carbone (orange), qui a révélé le mouvement du gaz dans ces caractéristiques, est montrée au-dessus de l'image Hubble (bleue) de la galaxie. M. Kaufman; B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); Télescope spatial Hubble de la NASA / ESA

Types de galaxies Starburst

L'activité de Starburst peut se produire dans des galaxies allant des spirales aux irrégularités. Les astronomes qui étudient ces objets les classent en sous-types qui aident à décrire leur âge et d'autres caractéristiques. Les types de galaxies Starburst incluent:

• Galaxies Wolf-Rayet: défini par leur rapport d'étoiles brillantes qui entrent dans la classification de Wolf-Rayet. Les galaxies de ce type ont des régions de vent stellaire élevé, entraînées par les étoiles de Wolf-Rayet. Ces monstres stellaires sont incroyablement massifs et lumineux et ont des taux de perte de masse très élevés. Les vents qu'ils produisent peuvent entrer en collision avec des régions gazeuses et entraîner une formation rapide d'étoiles.
• Galaxies compactes bleues: des galaxies de faible masse qui étaient autrefois considérées comme de jeunes galaxies, commençant à peine à former des étoiles. Cependant, ils contiennent généralement des populations d'étoiles très anciennes. C'est généralement un bon indice que la galaxie est assez ancienne. Les astronomes soupçonnent maintenant que les galaxies bleues compactes sont en fait le résultat de fusions entre galaxies d'âges différents. Une fois qu'ils entrent en collision, l'activité des étoiles éclate et éclaire les galaxies.
• Galaxies infrarouges lumineuses: galaxies sombres et cachées qui sont difficiles à étudier car elles contiennent des niveaux élevés de poussière qui peuvent obscurcir l'observation. Le rayonnement infrarouge détecté par les télescopes est généralement utilisé pour pénétrer la poussière. Cela fournit des indices sur l'augmentation de la formation d'étoiles. Certains de ces objets se sont révélés contenir de multiples trous noirs supermassifs, qui peuvent arrêter la formation d'étoiles. L'augmentation de la naissance des étoiles dans ces galaxies doit être le résultat d'une récente fusion de galaxies.

Cause de l'augmentation de la formation d'étoiles

Bien que la fusion des galaxies soit identifiée comme la principale cause de naissance des étoiles dans ces galaxies, les processus exacts ne sont pas bien compris. En partie, cela est dû au fait que les galaxies à éclat d'étoile se présentent sous de nombreuses formes et tailles, il peut donc y avoir plus d'une condition qui conduit à une formation accrue d'étoiles. Cependant, pour qu'une galaxie éclatant d'étoiles se forme, il doit y avoir beaucoup de gaz disponible pour générer les nouvelles étoiles. De plus, quelque chose doit perturber le gaz, pour commencer le processus d'effondrement gravitationnel qui mène à la création de nouveaux objets. Ces deux exigences ont conduit les astronomes à soupçonner les fusions de galaxies et les ondes de choc comme deux processus pouvant conduire à des galaxies éclatées. 

Centaure Une galaxie a un trou noir massif à son cœur qui engloutit activement le matériel. Les actions de ces noyaux galactiques actifs peuvent jouer un rôle dans les explosions d'étoiles dans les galaxies.  ESO / WFI (optique); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss et al. (Submillimètre); NASA / CXC / CfA / R.Kraft et al. (Radiographie)

Deux autres possibilités pour la cause des galaxies à éclat d'étoile comprennent:

• Noyaux galactiques actifs (AGN): Presque toutes les galaxies contiennent un trou noir supermassif dans leur noyau. Certaines galaxies semblent être dans un état d'activité élevée, où le trou noir central éjecte des quantités massives d'énergie. Il existe de nombreuses preuves pour montrer que la présence d'un tel trou noir peut freiner l'activité de formation d'étoiles. Cependant, dans le cas de ces noyaux galactiques dits actifs, ils peuvent également, dans les bonnes conditions, déclencher la formation rapide d'étoiles car l'accrétion de matière dans un disque et son éventuelle éjection loin du trou noir peuvent créer des ondes de choc qui pourraient déclencher formation d'étoiles.
• Taux de supernova élevés: Les supernovae sont des événements violents. Si le taux d'explosions augmente en raison de la présence d'un très grand nombre d'étoiles vieillissantes dans une zone compacte, les ondes de choc qui en résultent peuvent commencer une augmentation rapide de la formation d'étoiles. Cependant, pour qu'un tel événement se produise, les conditions devraient être idéales; plus que dans les autres possibilités énumérées ici.

Une supernova peut pousser des nuages ​​de gaz à proximité autour d'éperons des quantités limitées de naissances stellaires. Cette supernova est représentée dans une vue du télescope spatial Hubble du reste de la supernova de la nébuleuse du crabe. NASA / ESA / STScI

Les galaxies Starburst restent un domaine d'investigation actif des astronomes. Plus ils en trouvent, mieux les scientifiques peuvent décrire les conditions réelles qui mènent aux éclats lumineux de formation d'étoiles qui peuplent ces galaxies.