Une vieille ville se dote de nouveaux faubourgs. Au centre, des ruelles étroites où la vie s'est presque figée, et en périphérie, un chantier bouillonne. C'est l'image d'une galaxie spirale dont le noyau abrite des étoiles vieillies depuis longtemps, tandis que le disque externe continue de former des étoiles. Longtemps, les astronomes ont pensé que les galaxies évoluaient dans un seul sens : les spirales, avec leurs bras enroulés et leur formation d'étoiles active, perdent avec le temps leur gaz, fusionnent entre elles et se transforment en elliptiques, des « retraitées » lisses sans aucune trace de structure spirale. Mais une nouvelle étude montre que ce chemin n'est pas toujours terminal.
Les astronomes ont utilisé les données du relevé MaNGA, qui obtient des spectres de milliers de galaxies avec une haute résolution spatiale. Dans chaque spirale, ils ont cherché des régions où la formation d'étoiles a cessé depuis longtemps. Le critère était strict : si à l'intérieur d'un certain rayon, plus de 95% des points présentent un indice d'âge D4000 supérieur à un seuil, cette région était appelée « noyau central éteint ». Ils en ont trouvé 247, assez pour comparer leurs propriétés à celles des galaxies entièrement éteintes de type précoce.
La comparaison a donné un résultat saisissant. Les noyaux des spirales, par leur relation taille-masse, par la corrélation entre dispersion des vitesses et masse, par leurs profils de composition chimique et de rotation, sont pratiquement indistinguables des galaxies lenticulaires, des systèmes à disque sans bras spiraux. La pente de la relation « dispersion des vitesses-masse » pour les noyaux est de 0.314, et pour les lenticulaires de 0.310. Pour les galaxies elliptiques, cette pente est nettement plus faible : 0.233. La fraction de noyaux à rotation lente diminue avec la masse de la même manière que pour les lenticulaires, alors qu'elle augmente pour les elliptiques. Tout cela indique une origine commune : les noyaux éteints des spirales sont d'anciennes galaxies lenticulaires.
Comment cela est-il possible ? Une galaxie qui est déjà « morte », ayant perdu son gaz froid et cessé de former des étoiles, peut recevoir une seconde vie. Du gaz frais afflue depuis le milieu intergalactique ou depuis des galaxies naines voisines. Il se dépose sur le vieux noyau, formant un nouveau disque. La formation d'étoiles reprend, les bras spiraux s'enroulent. Le vieux noyau reste au centre comme un bulbe, un renflement sphérique compact. Ainsi, une galaxie « retraitée » devient une galaxie « parente ».
Cette découverte clôt une vieille question sur le sort des « pépites rouges », ces galaxies compactes et massives abondantes dans l'Univers primitif. On pensait qu'elles avaient dû fusionner pour former des galaxies elliptiques géantes. Mais désormais, il est clair que beaucoup d'entre elles n'ont pas disparu : elles se sont entourées de nouveaux disques et sont devenues les bulbes des spirales modernes. Les galaxies, comme les vieilles villes, ne font pas que se délabrer, elles se reconstruisent.
L'indice D4000 est le rapport des flux de part et d'autre de la discontinuité à la longueur d'onde de 4000 angströms, due à l'abondance des raies d'absorption des métaux dans les atmosphères des vieilles étoiles. Dans les galaxies à formation d'étoiles active, cette discontinuité est faible ; chez les « retraitées », elle est profonde.
Dans le roman d'Isaac Asimov « Les Dieux eux-mêmes », un échange de matière entre univers pourrait déclencher la formation d'étoiles dans des systèmes éteints. L'idée de la « renaissance » des galaxies fait écho à cette image : un réservoir de gaz externe peut insuffler une nouvelle vie à un vieux bulbe stellaire.