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L'évolution de notre galaxie reconstituée

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Dans une étude récemment publiée, une équipe d'astrophysiciens propose de reconstituer l'histoire de la Voie lactée par l'entremise de ses centaines d'alter ego éparpillés dans l'espace (et donc le temps) jusqu'à 11 milliards d'années-lumière. Dans leur scénario se dégagent deux voies principales dans la construction et l'évolution des galaxies.

Illustration de notre galaxie, la Voie lactée, avec une dizaine de milliards d'années de moins. © Z. Levay, Nasa, Esa, STScI/Aura

À priori, étudier le passé de sa propre galaxie peut paraître une tâche hasardeuse et irréalisable. C'est en partie vrai, condamnés que nous sommes à deviser sur ce corpus vaste de quelque 100.000 années-lumière, peuplé de dizaines de milliards d'étoiles en mouvement parmi des nuages de gaz et de poussières, exclusivement de l'intérieur et dans un relatif présent... Oui, présent, car tout ce que nous embrassons du regard à l'horizon de la Voie lactée ne se dévoile qu'avec quelques dizaines de milliers d'années de retard (seulement). Autrement dit, hier et aujourd'hui... Ce ne sont que quelques miettes de temps sur la grande échelle cosmique de 13,8 milliards d'années.

Comprendre l'évolution de la Voie lactée est donc envisageable si nous portons notre regard ailleurs. Non sur les « voisines » qui appartiennent à l'univers local (dans un rayon de quelques dizaines de millions d'années-lumière), mais sur quelques centaines de galaxies spirales qui jalonnent l'univers lointain.

Entrevoir le passé de la Voie lactée

Pour mener cette étude, les astrophysiciens ont fouillé le catalogue de 100.000 galaxies compilées par les sondages des grandes structures de l'univers 3D-HST, Candels (Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey) et Goods (Great Observatories Origins Deep Survey) effectués avec Hubble. Dans ce fabuleux bestiaire, ils ont sélectionné pas moins de 400 candidates, alter ego de la Voie lactée, couvrant une période jusqu'à 11 milliards d'années dans le passé. Toutes reflétant, en quelque sorte, une étape dans la construction typique d'une galaxie spirale.

Échantillon de galaxies spirales comparables à la Voie lactée collecté par Hubble. Les galaxies sont disposées à différentes époques de l'univers afin de reconstituer leur évolution. Les plus orangées et rouges à gauche sont celles d'aujourd'hui (0 = présent) et les plus ténues et bleues (peuplée de jeunes étoiles), à droite, sont apparues il y a plus de 11 milliards d'années. © Pieter van Dokkum (université Yale), Shannon Patel (université de Leiden), Nasa, Esa, 3D-HST Team

« Pour la première fois, nous avons des images directes de ce à quoi ressemblait la Voie lactée dans le passé, détaille le professeur Pieter van Dokkum (université Yale). En suivant ces frères et sœurs [...], nous constatons que notre galaxie a produit 90 % de ses étoiles entre 7 et 11 milliards d'années, chose qui n'avait pas été mesurée directement auparavant. »

De cette exploration du passé, les chercheurs ont appris qu'une galaxie comme la nôtre fut au tout début de son histoire, entre deux et trois milliards d'années seulement après le Big Bang, un petit ensemble bleuté dominé par de jeunes et ardentes étoiles. Les nuages de gaz, principalement de l'hydrogène et un peu d'hélium, y abondent. Les réserves sont gigantesques, si bien que la production stellaire va battre son plein durant quelques milliards d'années. En moyenne, quinze jeunes étoiles voient alors le jour chaque année ! Un rythme tombé aujourd'hui à une seule nouvelle étoile par an.

Œuf sur le plat

Quant au développement de leur structure, les observations consolident les modèles informatiques. Tout indique que le renflement au centre des galaxies — ou bulbe galactique — s'est formé de concert avec le disque qui les entoure. Pour illustrer leurs propos, les astronomes font appel à un œuf sur le plat. Ainsi, le jaune d'œuf joue le rôle du bulbe composé d'étoiles plus âgées (sans oublier, dans chaque cas, un trou noir supermassif tapi au centre) et le blanc représentant le disque d'étoiles parmi lesquelles, par exemple, évolue une étoile comme le Soleil. Les deux éléments connaissent une croissance simultanée. Pour Shannon Patel (université de Leiden), « il n'existe aucune preuve d'un renflement central sans disque autour formé plus tard ». Sa collègue Erica Nelson, de l'université Yale, renchérit en ajoutant que « ces galaxies nous montrent que l'ensemble de la Voie lactée s'est accru en même temps, à la différence des galaxies elliptiques beaucoup plus massives au centre desquelles le bulbe s'est formé en premier ».

Avec cette vidéo réalisée par l'Esa, voyagez du centre vers l'extérieur de la Voie lactée. © Esa

Cette étude fait donc apparaître au minimum deux pistes dans le développement des galaxies. Il s'en dégage que les collisions et fusions de galaxies ne jouent pas un rôle moteur dans leur mise en place. Ce serait plutôt l'apanage des grandes galaxies elliptiques comme le relève van Dokkum. « Elles forment un noyau très dense tôt dans l'histoire de l'univers, incluant sans doute un trou noir, et le reste s'accumule doucement autour, nourri par la fusion avec d'autres galaxies. À travers notre enquête, nous avons trouvé que les galaxies comme la Voie lactée empruntent un chemin différent et plus uniforme dans leur croissance en majestueuse spirale que nous voyons aujourd'hui. »

Comme le rappelle Joel Leja (université Yale), rien de tout cela n'aurait été possible sans l'extraordinaire acuité visuelle dont est doté Hubble« Dans les précédentes observations, nous pouvions seulement voir les galaxies les plus lumineuses dans le passé lointain, et maintenant nous pouvons regarder davantage de galaxies normales. Hubble nous a donné les détails et les couleurs de ces spirales, ainsi que leur distance avec la Terre. Nous avons aussi pu mesurer le rythme avec lequel chaque partie des galaxies s'est développée. Tout cela aurait été difficile à réaliser depuis le sol. » Et ce n'est qu'un début. Ces images laissent entrevoir, en effet, ce que pourra révéler le James Webb Space Telescope (JWST), qui devrait être lancé en 2018. Le successeur du célèbre télescope spatial sondera les jeunes galaxies dans l'infrarouge avec une résolution supérieure et les technologies d'imagerie dernier cri.

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