Edwin HubbleEdwin Hubble nous a fait pénétrer dans le royaume des galaxies, en démontrant que certaines des nébuleuses, terme utilisé dans les années 1920, étaient bien les univers-îles de Kant : des astres équivalents à la Voie lactée et situés en dehors de notre Galaxie. Depuis, nous avons fait du chemin dans son exploration.

À l'échelle des dizaines de millions d'années, s'est découvert un monde violent avec des collisions, des courants d'étoiles et de gazgaz arrachés par les forces de maréeforces de marée titanesque s'exerçant lors de rencontres rapprochées entre galaxies. Mais, tout comme le pressentaient certains philosophes grecs et hindous de l'antiquité, ces destructions s'accompagnent aussi de créations. Aujourd'hui, les moyens scientifiques pour rendre compte de ces processus, sont autrement plus élaborés que ceux de nos prédécesseurs il y a plus de 2.000 ans.

Le télescopetélescope Hubble, en particulier, nous a montré de nombreuses collisions et fusionsfusions de galaxies qui ont fait évoluer et grandir ces universunivers-îles depuis plus de 13 milliards d'années. Notre Galaxie a donc une histoire et pour savoir d'où nous venons nous-mêmes, il est utile de la reconstituer et faire de l'archéologie galactique. Pour cela l'humanité s'est dotée d'un nouvel œilœil en orbiteorbite, le satellite Gaiasatellite Gaia. Il est utilisé pour faire de l'astrométrie de haute précision dans la Voie lactée, c'est-à-dire pour faire des mesures de position et de vitessevitesse des nombreuses étoiles comme jamais auparavant.

Une rencontre plus tardive entre la Voie lactée et Andromède

Les chercheurs utilisant les données de Gaia viennent de publier un nouvel article et d'en déposer une version en accès libre sur arXiv. L'instrument est si puissant qu'il permet non seulement d'étudier notre Galaxie mais aussi celles qui font partie du Groupe localGroupe local, le groupe de plus de 60 galaxies auquel appartient la Voie lactée, et dont le diamètre est 10 millions d'années-lumièreannées-lumière.

En l'occurrence, ce sont les mouvementsmouvements de M31 et M32, à savoir respectivement la galaxie d'Andromèdegalaxie d'Andromède et celle du Triangle qui ont été précisés par Gaia. On savait déjà depuis un certain temps que Andromède et la Voie lactée allaient entrer en collision dans 4 milliards d'années environ. On soupçonne même qu'elles l'ont déjà fait si l'on pense que Mond, et non pas la matière noirematière noire, explique l'énigme des mouvements des étoiles dans les galaxies. Rappelons au passage que l'expansion de l'Univers observable n'est notable qu'à une échelle supérieure à une dizaine de millions d'années-lumière environ ; en deçà, les forces gravitationnellesforces gravitationnelles sont supérieures à celle résultant de l'expansion. Il n'y a donc pas de contradiction à parler d'une collision entre Andromède et la Voie lactée.

Les futures trajectoires orbitales de trois galaxies spirales: notre voie lactée (tracé bleu), Andromède, également appelée M31 (tracé rouge), et la galaxie du Triangle, également connue sous le nom de M33 (tracé vert). Le cercle indique la position actuelle de chaque galaxie et leurs trajectoires futures ont été calculées à l’aide de la deuxième publication des données de la mission Gaia de l’ESA. Les flèches, le long des trajectoires, indiquent la direction estimée du mouvement de chaque galaxie et leurs positions, 2,5 milliards d'années plus tard, tandis que les croix indiquent leur position estimée dans environ 4,5 milliards d'années. À cette date, la Voie lactée et Andromède effectueront leur premier passage rapproché à environ 400.000 années-lumière. Les galaxies continueront alors à se rapprocher les unes des autres et à fusionner pour former une galaxie elliptique. L'échelle, donnée par la ligne en bas à droite, correspond à 1 million d'années-lumière mais les galaxies ne sont pas à l'échelle. © E. Patel, G. Besla (University of Arizona), R. van der Marel (STScI) ; Images : ESA (Milky Way) ; ESA/Gaia/DPAC (M31, M33)

Mais, plusieurs orbites restaient possibles dans le futur, et aussi dans le passé si l'on se servait des données de prises avec Hubble et le Very Long Baseline Array (un réseau de radiotélescopesradiotélescopes aux USA), pour calculer les mouvements conjoints de M31, M33M33 et, bien sûr, la Voie lactée. Il apparait maintenant que M33 est en route vers Andromède pour la première fois et que la rencontre, entre M31 et la Voie lactée, devrait se faire dans 4,5 milliards d'années.

Les données de Gaia ont permis d'étudier les mouvements de plusieurs milliers d'étoiles massives particulièrement brillantes dans M31 et M33, rendant possible la détermination du nouveau scénario de collision avec la Voie lactée. En bonus, ces données ont également donner accès à un trésor jusqu'ici hors de portée : les mouvements de rotation globaux de ces galaxies.

Voie lactée et Andromède : collision dans 4 milliards d'années...

Article de Laurent SaccoLaurent Sacco publié le 01/06/2012

On le sait depuis longtemps, la galaxie d'Andromède et la Voie lactée foncent l'une vers l'autre. Mais comment s'effectuera la rencontre ? Violemment avec une fusion entre les deux galaxies ou simplement en se frôlant l'une l'autre ? Les observations d'Hubble prouvent que la première hypothèse est la bonne.

Les collisions entre galaxies sont fréquentes dans l'univers observable, à l'échelle de temps du cosmoscosmos bien sûr. Elles étaient même plus fréquentes il y a des milliards d'années qu'aujourd'hui et elles participent au processus d'évolution cosmique ayant conduit du Big Bang au vivant. Mais comment des collisions entre galaxies sont-elles possibles alors qu'Hubble et surtout Lemaître ont montré que l'univers observable est en expansion ?

Parce que c'est à l'échelle des amas de galaxiesamas de galaxies, et non pas entre les galaxies, que l'espace est en expansion. Les galaxies des amas sont liées entre elles par la matière noire à la façon dont la gravitation du SoleilSoleil retient les planètes ; pas plus que le Système solaireSystème solaire, ils ne sont en expansion. De la même façon qu'un géocroiseurgéocroiseur peut entrer en collision avec la Terre, il n'est donc pas exclu qu'une galaxie puisse entrer en collision avec une autre et nous savons que cela s'est déjà produit dans l'histoire de la Voie lactée et de la galaxie d'Andromède. Les amas de galaxie eux-mêmes continuent à se former mais d'une façon qui est contrôlée par l'énergie noire accélérant l'expansion de l'univers observable.

Une vue d'un aspect possible de la voûte céleste dans 4 milliards d'années. Le disque de la Voie lactée apparaîtra comme très déformé ainsi que celui de la galaxie d'Andromède que l'on voit sur la droite. © Nasa, Esa, Z. Levay and R. van der Marel (STScI), T. Hallas, and A. Mellinger

On sait depuis bien longtemps que les spectresspectres des étoiles de la galaxie d'Andromède apparaissent décalés vers le bleu. Il s'agit bien d'un authentique effet Dopplereffet Doppler, contrairement au décalage spectral vers le rouge de la lumière des amas causée par l'expansion de l'univers observable. On sait donc qu'Andromède et la Voie lactée foncent l'une vers l'autre de sorte qu'à chaque heure, la distance entre les deux galaxies spiralesgalaxies spirales diminue de l'équivalent d'environ la distance de la Terre à la LuneLune.

Une collision galactique incertaine

Mais ce qui était mesuré avec une assez bonne précision, c'était la vitesse radiale relative des deux galaxies. L'erreur sur la vitesse tangentielle était telle que l'on ne pouvait être sûr du futur concernant les deux objets. Si une rencontre était bien prévue dans quelques milliards d'années, comment se passerait-elle ?

On pouvait imaginer qu'aucune collision n'allait se produire ou qu'elle s'effectuerait tangentiellement. Même dans la première hypothèse, si les deux galaxies passaient suffisamment près l'une de l'autre, les forces de marée les perturberaient certainement et des courants d'étoiles formant des filaments en résulteraient très probablement. Le scénario le plus extrême faisait intervenir une collision frontale. Toutefois, de la même façon que des collisions entre étoiles n'existent pas dans notre Galaxie, il n'y aurait aucune chance que notre étoile entre en collision avec une cousine appartenant à Andromède.

Grâce aux observations d'Hubble, les astronomesastronomes sont cependant parvenus à lever les incertitudes sur l'avenir de la Voie lactée et d'Andromède. Dans 4 milliards d'années la collision sera bel et bien frontale. Les simulations sur ordinateurordinateur prédisent même que les deux galaxies finiront par fusionner en donnant une grosse galaxie elliptiquegalaxie elliptique. Il sera de même avec les trous noirs occupant le cœur des deux astres. Selon les calculs, l'orbite du Soleil changera certainement aussi pour cesser d'être circulaire, comme on peut le voir dans la vidéo ci-dessus. Dans 6 milliards d'années, le disque de la Voie lactée aura totalement disparu sur la voûte céleste qui aura totalement changé d'aspect.