Dans l'Univers lointain, alors qu'il n'avait que quelques milliards d'années, de nombreuses galaxies ressemblaient à des chaudrons bouillonnants : le gaz s'y condensait si rapidement que les étoiles s'allumaient les unes après les autres, et la poussière, chauffée, brillait intensément dans le domaine submillimétrique. Ces objets sont appelés galaxies à formation d'étoiles active, et l'on pense qu'ils sont les ancêtres des galaxies elliptiques massives actuelles. Mais les astronomes n'ont pas pu déterminer pendant longtemps si toutes ces galaxies étaient identiques ou s'il existait différentes voies de croissance.
Une nouvelle étude, basée sur une réanalyse des images du télescope ALMA, montre que tout dépend de la distance qui nous sépare d'elles, c'est-à-dire de l'âge de l'Univers. Les chercheurs ont pris des cartes d'une région du ciel où l'on avait déjà trouvé des galaxies poussiéreuses brillantes, et ont abaissé le seuil de détection — ainsi, des objets plus faibles ont été inclus dans l'échantillon. L'échantillon a doublé, ce qui a permis de révéler une tendance importante. Les galaxies de même luminosité observée, mais plus lointaines (c'est-à-dire ayant existé plus tôt), sont des systèmes compacts et denses, où la formation d'étoiles est intense et concentrée au centre. En revanche, celles de même luminosité mais plus proches de nous (ayant existé plus tard) sont des disques étendus, où les étoiles naissent calmement, réparties sur toute la surface.
Selon les auteurs, la raison de cette division réside dans la stabilité du disque de gaz. Une galaxie lointaine reçoit beaucoup de gaz de l'espace environnant — l'accrétion est puissante, le disque devient massif mais instable, et des amas denses s'y forment facilement, qui s'effondrent en étoiles. Une telle galaxie s'embrase brillamment, mais sa vie tumultueuse est de courte durée. Une galaxie plus proche ne reçoit plus autant de gaz frais, son disque se stabilise, et la formation d'étoiles s'étale sur des milliards d'années, devenant calme et uniforme. La frontière se situe approximativement à un décalage vers le rouge de z~2, lorsque l'Univers avait environ trois milliards d'années.
Le résultat de ce travail est une frontière naturelle entre deux types de galaxies. Les faibles et proches sont les plus actives des galaxies à disque « calmes », qui croissent progressivement. Les brillantes et lointaines sont des sursauts compacts de formation d'étoiles dans des disques massifs et instables, qui, probablement, se transforment avec le temps en galaxies sphéroïdales denses, peuplées principalement d'étoiles anciennes.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2604.18700
We investigate the properties of 870-um selected galaxies at z~1-4 with FIR luminosities of LIR~1e11-1e13Lo, encompassing systems that dominate obscured activity at the peak of cosmic star formation, to identify variations in star-formation processes as a function of dust mass and redshift. We revisit ALMA 870-um continuum maps from the ALMA/SCUBA-2 UDS (AS2UDS) survey, lowering the source selection threshold from 4.3 sigma to 3.1 sigma to enlarge the sample with S870~1mJy. To reduce contamination from noise peaks, we match submm sources to a K-selected galaxy sample and apply cuts on photometric redshift and near-infrared (H-K) colour. This yields 84 sources in our extended AS2UDS survey, AS2UDSx, with S870=0.3-2.2mJy, doubling the sample at S870~1mJy relative to the original study. Using this expanded sample, we find that submm galaxies with S870~1mJy at z>~2.5 share properties with brighter, more active populations, while those at z<~2.5 are distinct, with lower gas fractions, shorter depletion times, and stellar morphologies from JWST imaging that show less structured dust obscuration, resembling less-active field galaxies. This indicates a shift in the characteristics of 870-um-selected galaxies at S870~1mJy and z~2, likely driven by the stability of their gas discs. Brighter and higher-z galaxies can sustain dense, globally unstable discs through efficient gas accretion, powering compact obscured starbursts. In contrast, fainter systems at z<~2.5 lack this accretion, leading to more stable discs and more extended dust continuum emission. This suggests a natural division around S870~1mJy and z~2: lower-z, fainter sources represent the most active secularly-driven extended star-forming discs, while similar and brighter, higher-z submm galaxies form a distinct population of compact starbursts within massive, unstable, gas-rich discs, consistent with progenitors of massive spheroids.
Le télescope ALMA est situé en hauteur dans le désert chilien d'Atacama, où l'air est si sec qu'il n'absorbe presque pas le rayonnement submillimétrique — c'est pourquoi il voit la poussière dans les galaxies lointaines.
Dans le roman d'Isaac Asimov « Les Dieux eux-mêmes », on décrit comment la matière s'écoule entre les univers, nourrissant les étoiles — n'est-ce pas une métaphore de l'accrétion de gaz qui fait s'embraser les galaxies lointaines ?