Le télescope FAST de la Chine réécrit l'histoire du ralentissement de la formation d'étoiles
Pendant des décennies, les astronomes ont observé l’univers devenir plus silencieux. Les galaxies étaient autrefois furieusement actives, transformant le gaz froid en nouvelles étoiles, mais cette activité a fortement diminué au cours de milliards d’années. L’explication dominante était simple : les galaxies s’épuisaient en carburant. On pensait que le gaz d’hydrogène froid, matière première des étoiles, était consommé régulièrement et jamais remplacé assez vite.
Une nouvelle étude internationale suggère que cette histoire est incomplète. Une équipe internationale impliquant les Observatoires astronomiques nationaux de Chine, l’Observatoire astronomique de Shanghai et l’Université Jiao Tong de Shanghai a combiné deux des instruments les plus puissants au monde pour mesurer la quantité d’hydrogène neutre — le gaz froid qui alimente la formation d’étoiles — réellement présente au cours des 4,5 derniers milliards d’années.
Les instruments étaient le Radiotélescope sphérique à ouverture de cinq cents mètres, connu sous le nom de FAST, dans la province du Guizhou, et l’Instrument spectroscopique pour l’énergie noire, ou DESI, en Arizona. FAST est le plus grand radiotélescope à antenne unique au monde, et sa sensibilité le rend exceptionnellement apte à détecter de faibles signaux d’hydrogène. DESI, quant à lui, cartographie des millions de galaxies sur d’énormes volumes d’espace. Ensemble, ils offrent un moyen de comparer les taux de formation d’étoiles avec l’approvisionnement en gaz à la même échelle cosmique.
Le résultat, publié dans la revue Nature Astronomy, est que les deux ne vont pas de pair. La formation d’étoiles s’est considérablement affaiblie, mais le réservoir d’hydrogène neutre ne s’est pas tari au même rythme. En d’autres termes, les galaxies contiennent encore beaucoup de matière première pour les étoiles. Ce qu’elles semblent perdre, c’est la capacité de la transformer.
La découverte déplace l’attention de l’approvisionnement vers le processus. Le gaz doit refroidir, s’agréger et s’effondrer sous l’effet de la gravité avant de pouvoir s’embraser en étoiles, et chacune de ces étapes peut être perturbée. Les écoulements provoqués par l’explosion d’étoiles, le chauffage par les trous noirs supermassifs ou la simple turbulence d’une galaxie en maturation pourraient tous rendre le gaz trop chaud ou trop diffus pour s’effondrer efficacement. Une galaxie peut être riche en gaz et pourtant presque stérile.
Ce recadrage est important car il touche à l’une des questions centrales de l’évolution des galaxies : pourquoi l’ère de formation d’étoiles de l’univers a culminé il y a des milliards d’années et n’a cessé de décliner depuis. Si l’épuisement du carburant n’est pas le principal coupable, les modèles de croissance, de vieillissement et d’extinction des galaxies devront être révisés.
Pour la communauté astronomique chinoise, ce travail est aussi un jalon de la collaboration internationale. FAST a été proposé et construit en Chine, mais sa science la plus précieuse provient de plus en plus de son association avec des instruments ailleurs. Les observations radio peuvent tracer le gaz froid que les relevés optiques ne voient pas, tandis que les grands relevés spectroscopiques fournissent l’échantillon statistique qu’un seul télescope ne peut assembler seul.
Il y a aussi une leçon plus large pour quiconque observe le ciel. L’histoire cosmique n’est pas une simple histoire d’épuisement, comme un feu qui brûle ses dernières bûches. Elle ressemble plutôt à une cuisine qui a encore des ingrédients sur les étagères mais a perdu ses cuisiniers. Comprendre pourquoi — et si le ralentissement est réversible dans une galaxie quelconque — occupera les astronomes pendant des années, et continuera de pousser des équipes comme celle-ci à pointer leurs antennes et spectrographes vers les mêmes zones du ciel.