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Une collision de galaxies produit un chaînon manquant

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À l'aide des plus récentes simulations numériques réalisées autour de NGC 4013 (une galaxie spirale avec un bulbe minuscule), une équipe apporte un nouvel éclairage sur le scénario de la naissance des galaxies spirales comme la nôtre, la Voie lactée.

Les collisions de galaxies dans l’univers  Les collisions de galaxies ne sont pas rares dans l’univers. C’est même l’un des processus de croissance des galaxies. Ainsi, dans quelques milliards d’années, la Voie lactée entrera en collision avec celle d’Andromède. Cette vidéo provient du projet Du Big Bang au vivant, qui regroupe une dizaine de scientifiques. © Groupe ECP, www.dubigbangauvivant.com 

Il était généralement admis que les galaxies spirales se forment à partir de l'effondrement d'un nuage de gaz dans l'univers primordial. Les collisions entre galaxies, quant à elles, donnent plutôt naissance à de nouvelles avec un bulbe proéminent.

NGC 4013 a un bulbe minuscule. C'est une galaxie spirale de type tardif, vue de profil dans la constellation de la Grande Ourse, à une distance de 55 millions d'années-lumière. Elle a longtemps été considérée comme une galaxie isolée, à l'instar de la Voie lactée. Cependant, et contrairement à elle, NGC 4013 présente l'une des plus grandes déformations jamais observées dans les galaxies (dans son émission en hydrogène neutre), ainsi qu'un gigantesque courant stellaire en forme de boucle géante. Des travaux antérieurs ont essayé d'expliquer ces caractéristiques en mettant en jeu différents mécanismes indépendants.

Images extraites de la modélisation de la formation du système NGC 4013. © Observatoire de Paris, GEPI, National Astronomical Observatories

Une clé pour comprendre la formation de la Voie lactée

La reproduction numérique simultanée de l'ensemble de ces caractéristiques singulières suggère que cette spirale sans bulbe s'est formée par une gigantesque coalescence de deux galaxies très abondantes en gaz et de dimension comparable. Cette collision se serait produite dans un passé relativement récent, entre 2,7 et 4,6 milliards d'années.

Cet événement fait de NGC 4013 le chaînon manquant entre les fusions galactiques observées dans l'univers lointain et la Voie lactée, dont l'activité est exceptionnellement calme depuis 11 milliards d'années. On pense maintenant que la moitié des spirales ont été formées par de telles collisions gigantesques au cours des neuf milliards d'années passées.

En apparaissant comme l'archétype d'une galaxie pratiquement sans bulbe, formée lors d'une collision relativement récente, NGC 4013 pourrait s'apparenter à la Voie lactée telle qu'elle était à son origine il y a 8 milliards d'années, ou encore à la galaxie d’Andromède à ses débuts, il y a 3 milliards d'années.

Les calculs ont été effectués en utilisant les supercalculateurs du High Performance Computing Center au National Astronomical Observatories de l'Académie chinoise des sciences. Le code numérique hydrodynamique Tree-SPH de Gadget-2 est en accès libre. Il est accompagné d'une description complète de la formation stellaire, du refroidissement du gaz et des processus interactifs.

Ces travaux, publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, résultent d'une collaboration internationale entre des chercheurs français de l'Observatoire de Paris, issus du laboratoire GEPI (Galaxies, Étoiles, Physique et Instrumentation de l'Observatoire de Paris, CNRS, université Paris-Diderot) et des chercheurs chinois du National Astronomical Observatories, Académie chinoisedes Sciences. Cette collaboration a été menée dans le cadre du laboratoire international associé « Origines », qui a été fondé le 22 octobre 2008, à Pékin.

Isolée à environ 55 millions d’années-lumière de la Voie lactée, en direction de la constellation de la Grande Ourse, la galaxie NGC 4013 apparaît littéralement comme un « univers-île » dans cette région du ciel boréal. Vue par la tranche, le grand courant de gaz s’étirant jusqu’à 80.000 années-lumière de son bulbe minuscule n’a été découvert que dans les années 2000. © R. Jay Gabany (Blackbird Observatory)