La galaxie spirale M81, située à 11,84 milliards d'années-lumière, dont le bulbe galactique est visible au centre. © Nasa, ESA
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L'étude des bulbes galactiques dévoile une formation par « vagues »

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[EN VIDÉO] Voie lactée : la simulation de la formation d'une galaxie  Ce film montre une simulation informatique d'une galaxie comme la Voie lactée. Le film avance rapidement à travers le temps simulé, depuis 13 milliards d'années dans le passé à aujourd'hui. La galaxie principale se développe au fur et à mesure que de nombreuses petites galaxies fusionnent avec elle. Héraclès ressemble à l'une des petites galaxies qui ont fusionné avec la Voie lactée au début du processus. © Ted Mackereth, EAGLE 

Plusieurs observations menées grâce au Grand Télescope des îles Canaries ont permis de comprendre l'origine de la création de certains types de galaxies, similaires à la Voie lactée. À l'image des villes terrestres, leurs bulbes galactiques se formeraient en deux vagues, la première composée d'étoiles anciennes et la seconde d'astres plus jeunes s'étendant plus lentement.

L'étude de la formation des structures galactiques est un domaine majeur de l'astronomie, permettant d'appréhender la construction de l'Univers et de notre Voie lactée. Une équipe internationale de scientifiques du Centro de Astrobiología (CAB) espagnol, en collaboration avec l'Institut d'Astrophysique des Canaries, a publié un article dans The Astrophysical Journal faisant état de l'observation de plusieurs galaxies, menée grâce au Gran Telescopio Canarias (GTC). L'analyse des résultats s'est révélée probante : le bulbe galactique des structures monitorées se serait formé en deux « vagues » à différentes périodes. La première zone serait composée d'astres plus anciens et la seconde d'étoiles plus jeunes.

Photographie d'une zone du ciel profond, sondé par Hubble pour l'étude Goods-N. © Nasa

Spectroscopie et décalage vers le rouge

Afin de parvenir à ce résultat, l'équipe de chercheurs conduite par le Dr. Luca Costantin a exploité les données recueillies par le programme Shards (Survey for High-z Absorption Red and Dead Sources), réalisé grâce à l’instrument Osiris. Ce dernier est un imageur permettant d'élaborer une spectroscopie de plusieurs objets cosmiques comme des galaxies.

La spectroscopie réalisée sur une galaxie permet de la décomposer à l'échelle de longueurs d'ondes. Les données reçues par le GTC et Osiris ont permis de déterminer la séparation des bulbes galactiques en deux parties grâce au décalage vers le rouge (ou redshift en anglais). Plus un objet du ciel profond s'éloigne de l'observateur, plus ses raies spectrales augmentent, ce qui provoque un décalage vers le rouge. Par le calcul de la longueur d'onde et du redshift, les astronomes peuvent déterminer la distance d’un astre ou d’une structure éloignée de manière précise, ainsi que son âge.

Ici, les galaxies observées ont des bulbes possédant différents décalages vers le rouge. Un tiers de ces zones de peuplement s'est formé à un redshift de 6,2. Ce qui correspond à une époque primitive de notre Univers, lorsque ce dernier n'était qu'à 5 % de sa forme actuelle et déjà vieux de 900 millions d'années. Les deux tiers restants ont été observés avec un décalage vers le rouge de 1,3, plus proches de nous et donc plus récents, âgés de « seulement » 400 millions d'années.

Anatomie de la Voie lactée. @ESA

Une construction « urbaine »

Afin de donner une vision facilement perceptible de leur étude, les scientifiques du CAB (Centro de Astrobiología) ont comparé ce phénomène de formation galactique en vagues à l’évolution d’une ville. À l'instar d'une grande métropole au XXe siècle, les galaxies auraient donc un « centre historique » autour duquel se serait formée une périphérie d'étoiles plus jeunes. Mais, outre l'âge, la vitesse de construction a aussi été un sujet d'analyse pour les équipes du Dr. Costantin. Les zones les plus anciennes des bulbes se seraient développées très rapidement, dans un laps de temps d'environ 200 millions d'années. Les étoiles de la seconde vague de formation auraient nécessité un temps de gestation cinq fois plus long.

« Les galaxies que nous avons étudiées ont la même morphologie, des composants et des masses similaires à celles de la Voie lactée. On peut donc trouver des corrélations entre les structures étudiées. Nous pouvons appliquer les évolutions physiques observées dans ces galaxies à l'histoire même de notre propre système », ajoute le docteur Costantin.

Cette découverte ne devrait pas sonner la fin des observations des bulbes galactiques, ni de la quête de la formation des galaxies. Comprendre et dater ces structures est un impératif indéniable pour remonter les origines de l'histoire de l'Univers et de sa construction.

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