L’instrument Muse, qui équipe depuis peu le VLT de l’Eso, a offert aux chercheurs le meilleur cliché à ce jour d’une spectaculaire collision cosmique. Ces nouvelles observations révèlent, pour la toute première fois, le mouvement du gaz s’échappant de la galaxie ESO 137-001 et se précipitant à l’intérieur d’un vaste amas de galaxies. Ces résultats livrent une clé pour la compréhension de la vieille énigme sur la formation des étoiles qui cesse au sein des amas de galaxies.
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Une équipe de chercheurs conduite par Michele Fumagali du Groupe d'astronomie extragalactique et de l'institut de cosmologiecosmologie numérique de l'université de Durham fut l'une des toutes premières à utiliser l'instrument Muse (Multi Unit Spectroscopic Explorer) installé sur le VLTVLT. L'observation d'ESO 137-001, une galaxie spiralegalaxie spirale située à 200 millions d'années-lumièreannées-lumière de la TerreTerre dans la constellationconstellation du Triangle austral, leur a permis d'acquérir le meilleur cliché à ce jour des effets de sa chute à l'intérieur de l'Amas de la Règle.

L'instrument offre aux astronomesastronomes une image ainsi qu'un spectrespectre -- soit une bande de couleurscouleurs -- de chacun des pixelspixels de la trame. Il leur permet de collecter, lors de chaque observation, quelque 90.000 spectres et de dresser une carte incroyablement détaillée des mouvements et autres propriétés des objets observés.

L'environnement fluide qu'il traverse à vitessevitesse élevée exerce sur ESO 137-001 une pressionpression dynamique qui se traduit par l'échappement de son contenu matériel. De la même façon, l'airair projette en arrière les poils d'un chienchien qui passe sa tête au travers de la vitrevitre d'une voiturevoiture en mouvementmouvement. Dans le cas présent, le gazgaz compose en partie le vaste nuagenuage de gaz chaud et ténu qui enveloppe l'amas de galaxiesamas de galaxies sur lequel elle chute, à plusieurs millions de kilomètres par heure.

Image composite de ESO 137-001, créée à partir des observations effectuées par les télescopes spatiaux Hubble et Chandra (rayonnement X). Y figurent des éclairs de couleur bleue générés par la pression dynamique s’exerçant sur la galaxie ainsi qu’un flux de gaz étendu observable dans le seul domaine X du spectre électromagnétique. © Nasa, Esa, CXC

Image composite de ESO 137-001, créée à partir des observations effectuées par les télescopes spatiaux Hubble et Chandra (rayonnement X). Y figurent des éclairs de couleur bleue générés par la pression dynamique s’exerçant sur la galaxie ainsi qu’un flux de gaz étendu observable dans le seul domaine X du spectre électromagnétique. © Nasa, Esa, CXC

Métamorphose d’une galaxie

La galaxiegalaxie se trouve progressivement dépouillée de la plupart de son gaz, carburant nécessaire à produire les futures générations de jeunes étoilesétoiles bleues. ESO 137-001 se situe à mi-chemin de cette métamorphosemétamorphose galactique : une galaxie bleue, riche de gaz qui se transforme progressivement en une galaxie rouge, pauvre en gaz. Les scientifiques pensent que l'observation de ce processus permettra de résoudre une vieille énigme scientifique.

« Découvrir le processus responsable de la métamorphose, de galaxies bleues en galaxies rouges, des amas de galaxies sur de très courtes périodes de temps, constitue l'un des défis majeurs de l'astronomie moderne, confie Michele Fumagalli. Observer une galaxie située à mi-chemin de cette transformation nous permet d'étudier le déroulement de ce processus. »

Assister à ce spectacle cosmique constitue, en soi, un véritable exploit. L'amas de la Règle se situe non loin du plan de notre galaxie, la Voie lactée, ce qui lui vaut d'être en partie masqué par de vastes quantités de gaz et de poussière galactiques.

Avec l'aide de Muse, qui équipe l'une des unités télescopiques de 8,2 mètres du VLT à l'abservatoire de Paranal au Chili, les scientifiques ont été en mesure  non seulement de détecter la distribution de gaz à l'intérieur et en périphérie de la galaxie, mais également d'observer son mouvement. Le nouvel instrument est d'une telle efficacité qu'une seule heure d'observation a suffi pour obtenir une image haute résolutionrésolution de la galaxie ainsi que la distribution et le mouvement de son gaz.

Sur cette image de la galaxie ESO 137-001, on peut observer le gaz arraché à mesure qu’elle plonge vers le grand amas galactique de la Règle. Les taches rouges sont les nuages rougeoyants de gaz d’hydrogène. © Eso, M. Fumagalli

Sur cette image de la galaxie ESO 137-001, on peut observer le gaz arraché à mesure qu’elle plonge vers le grand amas galactique de la Règle. Les taches rouges sont les nuages rougeoyants de gaz d’hydrogène. © Eso, M. Fumagalli

Vol à l’arraché

Les observations montrent que la proche périphérie d'ESO 137-001 est d'ores et déjà totalement dépourvue de gaz. Cela résulte de la poussée qu'exerce le gaz de l'amas, chauffé à plusieurs millions de degrés, sur le gaz plus froid, l'extrayant de cette galaxie à mesure qu'elle s'approche du centre de l'amas. Les bras spiraux, composés d'étoiles et de matièrematière diffuse ainsi que de gaz soumis à une faible gravitégravité, sont les premiers touchés. Toutefois, l'attraction gravitationnelle s'exerçant au cœur de la galaxie est suffisamment élevée pour lui permettre de résister plus longtemps à ce bras de ferfer cosmique, la présence de gaz y fut d'ailleurs observée.

L'ensemble du gaz initialement contenu au sein de la galaxie s'échappera finalement sous la forme de raies brillantes qui constitueront autant de vestiges témoins de ce vol spectaculaire. Le gaz arraché de la galaxie est mélangé au gaz chaud de l'amas, puis forme de magnifiques queues s'étendant sur des distances supérieures à 200.000 années-lumière. L'équipe a observé de près ces flux de gaz afin de mieux comprendre la turbulenceturbulence générée par cette interaction.

Étonnamment, les nouvelles observations de Muse de ce panache de gaz indiquent que le gaz est toujours animé d'un mouvement de rotation semblable à celui de la galaxie, bien qu'il ait été éjecté dans l'espace. Les chercheurs ont par ailleurs pu vérifier que celle des étoiles qui peuplent ESO 137-001 demeurait aussi inchangée. Ainsi donc, il semble bien que le gaz de l'amas, plutôt que la gravité, soit responsable du dépouillement de la galaxie.

Matteo Fossati (observatoire de l'université de Munich et institut Max PlanckPlanck dédié à la physiquephysique extraterrestre, à Garching en Allemagne) et co-auteur de l'article, conclut ainsi : « Les détails révélés par Muse nous ont permis de mieux comprendre les processus à l'œuvre lors de telles collisions. Nous pouvons observer les mouvements de la galaxie et du gaz en détail (ce qu'aucun autre instrument que Muse n'est capable d'offrir à l'heure actuelle). Ces observations ainsi que celles à venir nous donneront une idée plus précise de ce qui constitue le moteur de l'évolution des galaxies ».