Les collisions font partie de la vie des galaxies. Mais parvenir à établir quels types de collisions ont façonné une galaxie et plus encore notre Voie lactée n’est pas aisé. Des chercheurs de l’université de Heidelberg (Allemagne) y sont pourtant parvenus. Ils présentent aujourd’hui, un premier arbre généalogique de notre Galaxie. En image, rencontre entre les galaxies NGC 2799 (à gauche) et NGC 2798 (à droite) photographiée par le télescope spatial Hubble. © ESA, Hubble, Nasa, SDSS, J. Dalcanton, Judy Schmidt (Geckzilla) © allexxandarx, Adobe Stock
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Galaxie : la généalogie de la Voie lactée révèle une grosse surprise

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Utiliser les amas globulaires hébergés par la Voie lactée comme des marqueurs de son histoire, de son évolution. Les astronomes en rêvaient. Ils sont aujourd'hui enfin parvenus à recoller les pièces du puzzle pour dévoiler l'arbre généalogique de notre Galaxie. Le tout grâce à l'apport de l'intelligence artificielle.

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Dans l'immensité de l'Univers, les collisions entre galaxies, aussi violentes soient-elles, ne sont pas rares. Ce sont même ces collisions qui sont suspectées avoir façonné le visage des galaxies que nous observons aujourd'hui. Pour la première fois, des chercheurs de l’université de Heidelberg (Allemagne), entre autres, sont parvenus à reconstruire l'histoire des collisions qu'a subie la Voie lactée.

Pour établir l'arbre généalogique de notre Galaxie, les astronomes se sont appuyés sur deux outils : les amas globulaires et l'intelligence artificielle. La Voie lactée, en effet, héberge plus de 150 amas globulaires connus, des regroupements denses de centaines de milliers d'étoiles presque aussi vieux que l'Univers lui-même. La plupart se sont formés dans de petites galaxies qui ont fusionné pour finalement former la nôtre. Mais ce ne sont que les plus récentes observations et les modèles les plus sophistiqués qui ont permis de remonter le fil de l'histoire.

Des chercheurs ont lancé des simulations — baptisées E-MOSAICS — permettant de relier les amas globulaires hébergés par la Voie lactée aux galaxies qui les ont vus naître. De quoi reconstruire l’arbre généalogique de notre galaxie. Ici, une simulation montrant la formation d’une galaxie semblable à la Voie lactée. Les amas globulaires sont indiqués par des points colorés symboles de leur composition. Au fil du temps, la fusion de la galaxie centrale avec des galaxies satellites plus petites apporte un grand nombre d’amas globulaires. Les âges, la composition chimique et les orbites de ces amas révèlent la masse de la galaxie génitrice dans laquelle ils se sont formés, mais aussi à quel moment cette galaxie a fusionné avec la galaxie centrale. © J. Pfeffer, D. Kruijssen, R. Crain, N. Bastian, Université de Heidelberg

Les simulations jouées par les chercheurs -- qu'ils ont baptisées E-Mosaics -- intègrent un modèle complet de formation, d'évolution et de destruction des amas globulaires. De quoi relier les âges, les compositions chimiques et les mouvements orbitaux de ces amas aux propriétés des galaxies dans lesquelles ils ont vu le jour il y a plus de 10 milliards d'années. Et déterminer non seulement le nombre d'étoiles qui composaient ces galaxies, mais aussi à quel moment elles sont entrées en collision avec la Voie lactée.

Des simulations d'une précision étonnante

C'est pour dompter la complexité du processus que les astronomes ont fait appel à l'intelligence artificielle. « Nous avons formé un réseau de neurones artificiels sur nos simulations. Nous avons testé l'algorithme des dizaines de milliers de fois et avons été étonnés de la précision avec laquelle il est capable de reconstruire les histoires de fusions de galaxies simulées à partir de leurs seules populations d'amas globulaires », commente Diederick Kruijssen, chercheur, dans un communiqué de l’université de Heidelberg.

Ici, l’arbre généalogique de la Voie lactée tel qu’imaginé par les chercheurs de l’université de Heidelberg (Allemagne). Le principal ancêtre de la Voie lactée est désigné par le tronc de l’arbre, coloré en fonction de sa masse stellaire. Les lignes noires indiquent les cinq galaxies satellites identifiées. Les lignes pointillées grises illustrent d’autres fusions que la Voie lactée devrait avoir subies, mais qui ne pourraient pas être liées à un ancêtre spécifique. © J. Pfeffer, D. Kruijssen, R. Crain, N. Bastian, Université de Heidelberg

Appliquée à la Voie lactée, la méthode a mis en lumière l'histoire des fusions qui ont façonné notre galaxie. Ainsi la Voie lactée aurait englouti environ cinq galaxies de plus de 100 millions d'étoiles et une quinzaine d'au moins 10 millions d'étoiles. Les plus grosses collisions ayant eu lieu il y a entre 6 et 11 milliards d'années. Comme la collision avec la galaxie Gaïa-Encelade qui s'est produite il y a quelque 9 milliards d'années.

Il y a 11 milliards d’années, la collision la plus importante.

La méthode a même révélé une collision jusqu'alors inconnue entre la Voie lactée et une galaxie nommée Kraken. « La collision la plus importante que notre galaxie ait jamais connue. » Elle se serait produite il y a 11 milliards d'années. La Voie lactée était alors quatre fois moins massive.

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