Une étude révèle que la plupart des éléments formés au cœur des étoiles, y compris le carbone composant les organismes vivants, sont projetés hors des galaxies pour ensuite y revenir en empruntant un gigantesque « tapis roulant » cosmique appelé « milieu circumgalactique ». Ces atomes dériveraient dans l’espace intergalactique jusqu’à une distance de 400 000 années-lumière, puis retourneraient au sein de leurs galaxies hôtes pour y être recyclés et former de nouvelles étoiles et systèmes planétaires.
La plupart des éléments composant la matière de l’Univers (à l’exception de l’hydrogène et de l’hélium) ont été forgés par les étoiles par le biais des réactions thermonucléaires se déroulant en leur cœur. Ils sont projetés dans l’espace interstellaire lorsque ces étoiles explosent en supernova, pour ensuite être recyclés pour former d’autres étoiles ou planètes. La Terre s’est par exemple formée en incorporant ces atomes stellaires dans sa composition, tels que le fer composant son noyau, l’oxygène et l’azote de son atmosphère, ainsi que le carbone composant les organismes vivants.
Pendant des décennies, les astronomes ont supposé que les éléments projetés dans l’espace interstellaire y dérivent lentement jusqu’à s’agglomérer à nouveau pour former d’autres étoiles. Cependant, des chercheurs ont découvert en 2011 que la plupart de ces éléments sont projetés hors de leurs galaxies hôtes pour ensuite y être transportés à nouveau par le biais des milieux circumgalactiques, de gigantesques courants cosmiques s’étendant à travers l’espace intergalactique. Ils tournent autour de leur galaxie d’origine en empruntant ce tapis roulant cosmique, qui les ramène ensuite vers l’intérieur pour être recyclés et former de nouvelles étoiles, planètes et autres objets.
« Imaginez le milieu circumgalactique comme une gare ferroviaire géante : il pousse constamment de la matière vers l’extérieur et la ramène à l’intérieur », explique dans un communiqué Samantha Garza, de l’Université de Washington. « Les éléments lourds que produisent les étoiles sont expulsés hors de leur galaxie hôte et vers le milieu circumgalactique lors de leur mort explosive en supernovae, et ils peuvent éventuellement être ramenés à l’intérieur et poursuivre le cycle de formation des étoiles et des planètes ».
L’équipe de l’étude de 2011 a démontré que les galaxies qui forment activement des étoiles (comme la nôtre) sont entourées d’un milieu circumgalactique composé de gaz chauds enrichis en atomes lourds, tels que l’oxygène. Dans le cadre de la nouvelle étude, publiée dans Astrophysical Journal Letters, Garza et ses collègues ont montré que ces milieux pouvaient aussi contenir des atomes plus légers, tels que le carbone, à basse température. Les chercheurs pensaient auparavant que le carbone était trop léger pour être transporté à travers les courants circumgalactiques.
De réservoirs géants de carbone et d’oxygène
Pour étudier les milieux circumgalactiques, l’équipe de Garza a utilisé le spectrographe Cosmic Origins du télescope spatial Hubble. Le dispositif a mesuré comment la lumière de neuf quasars lointains est affectée par les milieux circumgalactiques de 11 galaxies qui forment activement des étoiles. Les données de Hubble ont révélé qu’une partie de la lumière des quasars est affectée par la présence de grandes quantités de carbone dans ces milieux.
En effectuant des analyses plus approfondies, les chercheurs ont constaté que le carbone était l’un des éléments les plus abondants dans les milieux circumgalactiques, suggérant qu’ils agissent comme de réservoirs de carbone géants. En outre, dans certains cas, le carbone a été détecté jusqu’à 400 000 années-lumière (4 fois le diamètre de la Voie lactée) des galaxies hôtes. Selon Jessica Werk, coauteure de l’étude, cela signifierait que « le carbone [ainsi que les autres atomes] présent dans notre corps a probablement passé une quantité importante de temps en dehors de notre galaxie ».
D’après l’équipe, ces données confirment que les éléments comme le carbone sont transportés hors des galaxies pour ensuite retomber pour y être recyclés, du moins pour celles formant activement des étoiles. « Nous pouvons désormais confirmer que le milieu circumgalactique agit comme un réservoir géant de carbone et d’oxygène », affirme Garza. « Et, au moins dans les galaxies qui forment des étoiles, nous suggérons que ces matériaux retombent ensuite dans la galaxie pour poursuivre le processus de recyclage ».
Par ailleurs, les chercheurs estiment que le ralentissement ou l’arrêt de la circulation circumgalactique pourrait expliquer pourquoi les populations stellaires de certaines galaxies déclinent au fil du temps. Autrement dit, ces milieux pourraient jouer un rôle clé dans l’évolution des galaxies. « Si vous pouvez maintenir le cycle – en poussant la matière vers l’extérieur et en la faisant revenir vers l’intérieur – alors théoriquement vous avez suffisamment de carburant pour maintenir la formation d’étoiles », explique l’experte.
Davantage de recherches seront nécessaires afin de quantifier avec précision les éléments présents dans les milieux circumgalactiques. Cela permettrait ensuite d’effectuer des études comparatives détaillées entre les galaxies formant activement des étoiles et celles qui n’en produisent plus beaucoup. À terme, cela pourrait répondre aux questions de longue date quant au moment où les galaxies comme la nôtre pourraient se transformer en « déserts stellaires », et pourquoi.
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