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.
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 ?