Une équipe d’astrophysiciens de l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie de Toulouse, du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille et du Centre de Recherche Astrophysique de Lyon vient de découvrir un nuage de gaz ionisé géant. Cette découverte a eu lieu dans le cadre d’un programme de recherche mené avec l’Instrument MUSE du VLT, dont l’objectif est d’étudier l’impact de l’environnement sur les mécanismes d’évolution des galaxies. Ce nuage de gaz mesure plus de 300 000 années lumière, soit trois fois le diamètre de la Voie Lactée, et enveloppe dix galaxies. C’est la plus grosse structure de ce type connue à ce jour. Elle se trouve dans une région particulièrement dense d’un groupe de galaxies appelé COSMOS-Gr30, situé à 6.5 milliards d’années lumière de la Terre. Intriguée, cette équipe a cherché à comprendre l’origine de ce gaz et les sources responsables de son ionisation.

Des grands nuages de gaz ont déjà été observés par le passé. Mais ils étaient généralement plus petits, moins brillants, et souvent associés à des galaxies très massives hébergeant un trou noir géant dont l’intense rayonnement pouvait expliquer leur chauffage. Cette découverte met en évidence de tous nouveaux processus, certainement reliés à l’environnement très dense dans lequel se situe cette structure. En effet, ce nuage de gaz pourrait être le témoignage des processus violents invoqués généralement pour expliquer l’arrêt brutal de la formation d’étoiles dans les galaxies habitant les structures les plus denses de l’Univers.

Une bulle cosmique géante.
Crédit : ESO/T. Contini (IRAP, Toulouse), B. Epinat (LAM, Marseille)

Ce nuage hors-norme a été découvert et étudié en détail grâce à l’incroyable sensibilité de l’instrument MUSE, développé pour Very Large Telescope (VLT) de l’ESO au Chili. Couvrant les longueurs d’onde visibles, MUSE combine à la fois les possibilités d’un instrument imageur et la capacité d’un spectrographe, ce qui en fait un outil puissant et unique pour mettre en lumière des objets célestes qui restaient jusque-là dans l’ombre.

La puissance de MUSE a permis aux astrophysiciens de comprendre que cette grande quantité de gaz n’est pas primordiale. Elle a été vraisemblablement extirpée des galaxies, soit au cours de violentes interactions pouvant aller jusqu’à la fusion des galaxies, soit par des super-vents dus à l’activité de trous noirs géants ou à l’effet cumulé des supernovae. Ils ont également étudié comment ce nuage pouvait être chauffé aussi loin des galaxies. Ils sont arrivés à la conclusion que cette structure gazeuse est ionisée par différents processus : la majeure partie semble être chauffée par le rayonnement intense émis par des étoiles nouvellement formées dans les galaxies, et par les chocs entre les nuages de gaz éjectés de ces mêmes galaxies. Dans une région plus localisée de ce nuage, un trou noir géant en phase active serait à l’origine du chauffage du gaz.

Cette découverte montre ainsi que la rencontre de plusieurs galaxies à l’intersection des filaments de la toile cosmique peut engendrer une série de processus qui éjecte une quantité énorme de gaz en dehors des galaxies et qu’il existe des mécanismes capables d’ioniser ce gaz à très grande distance des galaxies. Il se peut que ce phénomène soit le prélude à la formation de galaxies très massives, sans gaz ni formation d’étoiles, au centre de grandes structures telles que les amas de galaxies et que ce genre de phénomène soit en partie responsable de l’arrêt de la formation d’étoiles dans ces structures. Il est également possible que le gaz reforme un disque, ce qui pourrait expliquer l’existence de galaxies passives possédant un disque épais d’étoiles plutôt vieilles et un disque plus jeune, tel qu’observé dans la Voie Lactée.

Afin d’améliorer la compréhension de cette structure cette équipe veut engager de nouvelles observations dans d’autres domaines de longueur d’onde, en particuliers avec les interféromètres ALMA et NOEMA.