Depuis que les humains étudient le ciel, l’apparence des étoiles dans les galaxies lointaines est un mystère. Dans une étude publiée aujourd’hui dans The Astrophysical Journal, une équipe de chercheurs de l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague remet en cause les idées reçues sur les étoiles situées au-delà de notre propre galaxie.

Depuis 1955, on suppose que la composition des étoiles des autres galaxies de l’univers est similaire à celle des centaines de milliards d’étoiles de la nôtre - un mélange d’étoiles massives, de masse moyenne et de faible masse. Mais à l’aide des observations de 140 000 galaxies à travers l’univers et d’un large éventail de modèles avancés, l’équipe a vérifié si la même distribution d’étoiles apparente dans la Voie lactée s’applique ailleurs. La réponse est non. Les étoiles des galaxies lointaines sont généralement plus massives que celles de notre « voisinage local ». Cette découverte a un impact majeur sur ce que nous pensons savoir de l’univers.

« La masse des étoiles nous dit beaucoup aux astronomes. Si vous changez la masse, vous changez aussi le nombre de supernovae et de trous noirs qui naissent d’étoiles massives. En tant que tel, notre résultat signifie que nous allons devoir réviser beaucoup de choses que nous avions supposées, car les galaxies lointaines ont un aspect très différent du nôtre », explique Albert Sneppen, étudiant diplômé de l’Institut Niels Bohr et premier auteur de l’étude.

La lumière analysée de 140 000 galaxies

Pendant plus de cinquante ans, les chercheurs ont supposé que la taille et le poids des étoiles des autres galaxies étaient similaires aux nôtres, pour la simple raison qu’ils ne pouvaient pas les observer au télescope, comme ils pouvaient le faire avec les étoiles de notre propre galaxie.

Les galaxies lointaines sont distantes de milliards d’années-lumière. Par conséquent, seule la lumière de leurs étoiles les plus puissantes atteint la Terre. Cela a été un casse-tête pour les chercheurs du monde entier pendant des années, car ils n’ont jamais pu préciser avec exactitude comment les étoiles des autres galaxies étaient réparties, une incertitude qui les a contraints à croire qu’elles étaient réparties à peu près comme les étoiles de notre Voie lactée.

« Nous n’avons pu voir que la partie émergée de l’iceberg et savions depuis longtemps que s’attendre à ce que les autres galaxies ressemblent à la nôtre n’était pas une hypothèse particulièrement bonne à faire. Cependant, personne n’a jamais pu prouver que d’autres galaxies forment des populations d’étoiles différentes. Cette étude nous a permis de le faire, ce qui pourrait ouvrir la voie à une compréhension plus approfondie de la formation et de l’évolution des galaxies », déclare le professeur associé Charles Steinhardt, co-auteur de l’étude.

Dans l’étude, les chercheurs ont analysé la lumière de 140 000 galaxies en utilisant le catalogue COSMOS, une grande base de données internationale de plus d’un million d’observations de la lumière d’autres galaxies. Ces galaxies sont réparties entre les régions les plus proches et les plus éloignées de l’univers, d’où la lumière a parcouru douze milliards d’années avant d’être observable sur Terre.

Les galaxies massives meurent les premières

Selon les chercheurs, cette nouvelle découverte aura un large éventail d’implications. Par exemple, on ne sait toujours pas pourquoi les galaxies meurent et cessent de former de nouvelles étoiles. Le nouveau résultat suggère que cela pourrait s’expliquer par une simple tendance.

« Maintenant que nous sommes mieux à même de décoder la masse des étoiles, nous pouvons observer un nouveau schéma : les galaxies les moins massives continuent de former des étoiles, tandis que les galaxies les plus massives cessent de donner naissance à de nouvelles étoiles. Cela suggère une tendance remarquablement universelle dans la mort des galaxies », conclut Albert Sneppen.

Les recherches ont été menées au Cosmic Dawn Center (DAWN), un centre international de recherche fondamentale en astronomie soutenu par la Fondation nationale danoise pour la recherche. DAWN est une collaboration entre l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague et DTU Space de l’Université technique du Danemark.

Le centre a pour mission de comprendre quand et comment les premières galaxies, les étoiles et les trous noirs se sont formés et ont évolué dans l’univers primitif, grâce à des observations réalisées à l’aide des plus grands télescopes, ainsi qu’à des travaux théoriques et des simulations.

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