Emanuele Daddi : Pourquoi les étoiles naissent et meurent

Portraits de chercheurs Article publié le 14 janvier 2021 , mis à jour le 14 janvier 2021

Emanuele Daddi est chercheur au Laboratoire de cosmologie et évolution des galaxies (LCEG) du département Astrophysique, Instrumentation, Modélisation (AIM - Université Paris-Saclay, CEA, CNRS). Depuis plus de vingt ans, il explore l’Univers lointain pour comprendre l’évolution des galaxies. Il est un des premiers à avoir établi une relation entre leur masse et leur taux de formation d’étoiles. Aujourd’hui, il dévoile encore de nouvelles fonctionnalités des propriétés physiques de ces grandes structures de l’Univers, permettant d’aller encore plus loin dans la compréhension de la formation des galaxies.

Quels sont les processus physiques qui ont déterminé la formation des galaxies et leur transformation au cours du temps cosmique ? Pourquoi certaines galaxies fabriquent-elles encore des étoiles alors que d’autres l’ont arrêté ? Pour répondre à ces questions, Emanuele Daddi utilise principalement les observations du télescope ALMA (Chili) et de NOEMA (France), un instrument franco-allemand-espagnol partagé par le CNRS, l’Institut Max-Planck en Allemagne et l'Instituto Geografico Nacional (ING) en Espagne.

Des galaxies riches en gaz

Voici déjà une quinzaine d’années qu’Emanuele Daddi a démontré l’importance de la quantité de poussière et de gaz dans les processus de création d’étoiles. Avec son équipe, il figure parmi les premiers à avoir mis en évidence que la fusion de galaxies lointaines était probablement un effet secondaire de la rétroaction du gaz. « Les galaxies lointaines formaient beaucoup plus d’étoiles que maintenant. Nous avons montré que cette intensité dépendait de leur richesse en gaz : comme pour une voiture, plus il y a d’essence, plus ça va vite ! », explique le chercheur. Aujourd’hui, il s’intéresse aux anomalies observées dans le ciel qui, en quelque sorte, viennent confirmer cette théorie. 

Première observation

Le chercheur étudie la relation entre la masse et la forme (en disque) des galaxies massives, âgées de 10 milliards d’années. « On peut s’attendre à trouver des formes circulaires de tailles bien définies. Or, une part importante d’entre elles sont beaucoup plus petites. Il est alors difficile de comprendre pourquoi, avec des « disques » si petits, elles possèdent une si grande masse. Une des explications pourrait être que ces galaxies ont fusionné, ce qui explique aussi que certaines d’entre elles ont arrêté de former des étoiles. »

Seconde observation

Le chercheur étudie également la régulation entre les gaz qui arrivent sur les galaxies et la quantité qu’elles utilisent effectivement pour former des étoiles avec un mécanisme de rétroaction. « Le gaz tombe dans la galaxie qui produit alors des étoiles. Celles-ci s’illuminent, s’agitent et provoquent des vents. D’autre part, le gaz tombe aussi dans les trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies, entrainant également des supernovas (l’explosion d’étoiles en fin de vie qui provoquent une grande luminosité), qui empêchent la formation de nouvelles étoiles. » 

Les galaxies massives ont-elles fusionné ?

Ce phénomène de rétroaction de gaz bloque l’activité de formation d’étoiles qui finit par s’arrêter complètement. Mais tout récemment, l’équipe d’Emanuele Daddi découvre que ce modèle standard de rétroaction n’explique pas tout. « Nous avons observé une galaxie dans laquelle un énorme nuage de gaz expulsé n’est pas lié à cette rétroaction, mais est probablement dû à une précédente fusion dans cette galaxie. Lors de ces phénomènes de fusion, une partie du gaz est compactée et conservée, et une autre est expulsée. » C’est donc une nouvelle approche du mécanisme physique qui met à jour le rôle important, auparavant sous-estimé, de la fusion des galaxies dans leur évolution. 

Restons simples

Ces mécanismes sont très complexes à étudier. Sans remettre en cause la théorie physique, il s’agit pour Emanuele Daddi de la simplifier au maximum. « Depuis une quinzaine d’années, je m’efforce de réduire la multiplicité de ces observations à un message simple. »  Pour lui, c’est une des raisons pour lesquelles il fait partie, avec Hervé Aussel, Frédéric Bournaud et David Elbaz, des chercheurs les plus cités de son laboratoire. Sa vocation de chercheur remonte à son adolescence, lorsqu’il se casse la cheville en jouant au foot en Italie, son pays natal. « J’avais 14 ans. Pour tromper l’attente à l’hôpital, j’ai lu un magazine d’astronomie, trouvé par hasard. Tout est parti de là. » Après des études scientifiques, il soutient sa thèse de doctorat à l’Université de Florence en 2002. Il effectue un premier post-doc de deux ans (en tant que « fellow ») à l’ESO (European Southern Observatory), en Allemagne, puis un second aux États-Unis, à Tucson. Nouant des relations avec les chercheurs du laboratoire AIM dès cette époque, il y est embauché en 2006. 

Le chercheur encadre quelques étudiants de master, des doctorants et des post-doc, venus du monde entier. « Notre laboratoire est de très haut niveau scientifique, ce qui a permis à une large fraction (60 à 70 %) des jeunes passés ici de trouver par la suite un poste académique en astrophysique, en France ou à l’étranger. » Une « atmosphère » très internationale, selon Emanuele Daddi, à l’image de l’Université Paris-Saclay toute entière. « Soyons patients, la construction de ce campus est très prometteuse. »