Où les étoiles se forment et vivent dans l’Univers lointain : de nouveaux indices venus de l’infrarouge.
 | Une équipe à forte composante IAS a utilisé une technique novatrice pour déterminer l'efficacité de formation d'étoiles dans les halos de matière noire en fonction de leur masse et du temps.Ce résultat est une contribution essentielle à une des questions les plus importantes de la cosmologie contemporaine: quelle est la relation entre les halos de matière noire et le lieu de formation des étoiles dans l'Univers lointain? |
Le modèle cosmologique standard prédit que 80% de la matière présente dans l’Univers est de la matière noire. Cette forme de matière n’interagit que par le biais de la force gravitationnelle. Au cours de l’histoire de l’Univers, la matière noire s’effondre sur elle-même et forme des halos de masses variées. Les galaxies se forment à partir du gaz "tombant" dans ces halos. La compréhension de l’évolution des galaxies nécessite donc de bien cerner les liens entre les propriétés d’une galaxie et son halo de matière noire hôte.
Une des propriétés importantes des galaxies est la vitesse à laquelle elles forment des étoiles. Celle-ci peut être estimée à partir de l’énergie émise dans l’infrarouge. En effet, une population d’étoiles jeunes émet fortement dans l’ultraviolet. Cette lumière est presque entièrement absorbée par la poussière contenue dans les galaxies, et elle est alors réémise dans l’infrarouge moyen et lointain (entre 8 et 1000 microns de longueur d’onde). La luminosité infrarouge est donc un indicateur pour mesurer les taux de formation d'étoiles dans les galaxies.
Une équipe à forte composante IAS a relié la masse typique des halos de matière noire au taux de formation d’étoiles des galaxies qu’ils abritent. Ce travail a été réalisé grâce à la technique de l’abundance matching (en français, correspondance d’abondance), qui consiste à comparer l’abondance des halos de matière noire dans l’Univers en fonction de leur masse avec l’abondance des galaxies en fonction de leur luminosité infrarouge.
Ce travail montre que la formation d’étoiles a un maximum d’efficacité pour des halos d’environ 1012 masses solaires et que cette efficacité décroît rapidement pour des masses plus hautes et plus basses. Cette masse typique a peu évolué au cours de l’histoire de l’Univers. En revanche, le taux de formation d’étoiles d’un halo de cette masse caractéristique a augmenté d’un facteur 15 entre il y a 10 milliards d’années et aujourd'hui (voir aussi figure, à gauche). Ce travail devrait permettre d’aborder avec un œil nouveau l’interprétation des fluctuations du fond infrarouge observées par le satellite Planck.
Cette figure illustre la relation entre les halos de matière noire (image de droite) et les sites de formation d’étoiles (image de gauche).
A gauche : Carte des fluctuations du fond infrarouge détectées par Planck ; dans cette carte les filaments situés aux différentes époques cosmiques sont mélangées. Ces fluctuations sont dues au fait que les galaxies infrarouges suivent les grandes structures de matière noire. L’émission vue par Planck est un indicateur du taux de formation d’étoiles dans les galaxies. (Crédits : ESA / Planck collaboration / HFI consortium)
Au centre : Relation entre l’efficacité instantanée de formation d’étoiles (définie comme étant le rapport entre le taux de formation d’étoiles et la masse du halo) et la masse du halo de matière noire, à différentes époques cosmiques.
A droite : Simulation de matière noire (Crédits : Pichon, Teyssier) ; la résolution des simulations est supérieure à celle des observations Planck.
Référence :
Béthermin, Doré, et Lagache. (2012). Where stars form and live at high redshift: clues from the infrared, Astron. Astrophys., 537, L5.
Contacts
Matthieu Béthermin (AIM et IAS), +33 (0)1 69 08 60 01, matthieu.bethermin at cea.fr
Guilaine Lagache (IAS), +33 (0)1 69 85 85 89, guilaine.lagache at ias.u-psud.fr
