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On a simulé la formation de la galaxie d'Andromède

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Des simulations numériques conduites par des chercheurs de l'Observatoire de Paris et des observatoires astronomiques nationaux de l'Académie des sciences de Chine ont reproduit les caractéristiques de la galaxie d'Andromède à partir d'une collision galactique. En bonus, elles expliqueraient l'origine des nuages de Magellan.

Une image en ultraviolet de la galaxie d'Andromède. Un anneau de formation d'étoiles est bien visible. © GALEX team, Caltech, Nasa

Tous les astronomes amateurs connaissent M 31. C'est en effet ainsi qu'est notée la galaxie d’Andromède dans le célèbre catalogue astronomique Messier, qui doit son nom à Charles Messier, ce grand chasseur de comètes. Attendant le retour de la comète de Halley dans la constellation du Taureau, il la confondit avec la nébuleuse du Crabe. Il décida alors de dresser en 1774 un catalogue d'objets diffus et fixes sur la voûte céleste afin d'épargner aux autres chercheurs de comètes ce genre de méprise.

La galaxie d'Andromède fait partie du groupe local de galaxies qui en comprend une quarantaine, dont la Voie lactée. Elle en est distante d'environ 2,5 millions d'années-lumière et tout comme elle, c'est une galaxie spirale. L'une des rares visibles à l'œil nu, la galaxie d'Andromède se dirige vers la nôtre avec laquelle elle devrait entrer en collision d'ici 4,5 milliards d'années.

Des univers-îles en collision

En soi, l'événement n'aura rien d'exceptionnel car les collisions de galaxies sont monnaie courante dans l'univers. Elles étaient même très fréquentes au début de son histoire. On a de bonnes raison de penser qu'il s'agit là d'un processus majeur d'évolution et de formation des galaxies. Celles-ci grossiraient par captures et fusions de petites galaxies.

Une combinaison de deux images montrant la galaxie d'Andromède (M 31) avec la Lune. En bas à gauche, on distingue bien la petite galaxie M 110 en orbite autour de M 31. © Nasa/apod/Adam Block et Tim Puckett

Depuis quelque temps, les observations conduites en ultraviolet par Galex et en infrarouge par Spitzer montraient des structures dans la galaxie d'Andromède qui s'expliquaient bien par des effets de collisions ou de marée entre Andromède et d'autres galaxies. Les astronomes pensaient d'ailleurs qu'Andromède s'était probablement formée par collision de deux galaxies de plus petites masses. Mais ils ignoraient les détails et la chronologie précise du processus. On en sait aujourd'hui un peu plus grâce à des simulations numériques effectuées par six chercheurs du laboratoire Galaxies, étoiles, physique, instrumentation (GEPI) avec leurs collègues du NAOC (National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences).

Tout aurait commencé il y a moins de 9 milliards d'années, lorsqu'une galaxie un peu plus massive que la Voie lactée a entamé une interaction gravitationnelle de façon importante avec une autre, trois fois moins massive. La collision produite, particulièrement violente, s'est terminée par la fusion des deux galaxies il y a 5,5 milliards d'années.


Cette animation a été construite à partir des simulations numériques scientifiques. Le premier passage rapproché entre les galaxies se produit 700 millions d’années après le début de la simulation. De nouvelles étoiles se forment (couleur verte) jusqu’à la fusion des galaxies à 4,5 milliards d’années. Pendant le second passage, il y a 4,2 milliards d’années, une queue de marée (verte, flèche blanche) contenant de nombreuses étoiles relativement jeunes apparaît. Plus tard, une partie de cette matière retourne à la galaxie. Elle y forme un courant géant riche en étoiles qui reproduit bien les observations actuelles. Au final, la galaxie spirale ressemble à celle d’Andromède. © GEPI/Observatoire de Paris/NAOC/Sylvainours, YouTube

Comme souvent lors des rencontres de ce genre entre galaxies, les forces de marées ont arraché des étoiles et des masses gazeuses, formant des courants et des queues de marée. D'après les simulations, près d'un tiers de la masse de la Voie lactée sous forme de ces queues de marée aurait été expulsé des deux galaxies entrées en collision.

Les nuages de Magellan, des fossiles de queue de marée ?

Ces mêmes simulations donnent comme produit final de la fusion une galaxie spirale ayant bien des caractéristiques de celle d'Andromède. À savoir un grand disque mince dans lequel s'inscrivent un anneau géant de gaz, un bulbe central massif, un gigantesque disque épais, un courant géant d'étoiles vieilles et de nombreux autres courants d'étoiles dans son halo périphérique.

Le plus intéressant, peut-être, est exposé dans une seconde publication, venue après celle présentant les détails de la simulation. Des queues de marée ont toutes les propriétés pour expliquer la genèse des nuages de Magellan. Ces nuages, qui se dirigent vers nous à la vitesse d'1 million de kilomètres/heure (350 km/s), sont en effet riches en gaz et de forme irrégulière. Ils semblent donc bien avoir pris naissance dans l'une des queues de marée de la simulation d'après les chercheurs.