NGC 1300, une galaxie spirale barrée située à 69 millions d'années-lumière de nous dans la constellation de l'Éridan. La lumière des étoiles et de la poussière est visible en bleu. Celle des amas stellaires est soulignée par le rouge de l'hydrogène. Cette image est issue de l'assemblage de deux clichés pris par la caméra ACS de Hubble. © Nasa, Esa

Sciences

La longévité des galaxies spirales à deux barres enfin expliquée

ActualitéClassé sous :Galaxie , trou noir , galaxie spirale

Un astronome de l'observatoire astronomique de Strasbourg vient de réaliser les premières simulations numériques de galaxies spirales possédant deux barres imbriquées de façon quasi-permanente. La compréhension de la très grande longévité de cette structure double résistait aux simulations qui prennent en compte les effets de la gravitation sur les étoiles et le gaz mais pas la formation stellaire...

Les galaxies barrées représentent plus de 75 % des galaxies à disque dans l'Univers. Plus d'un tiers d'entre elles possèdent une seconde barre, plus petite, appelée barre nucléaire, qui s'imbrique dans la première, à la façon des poupées russes, et qui tourne plus vite que la grande barre principale. Cette barre stellaire nucléaire est soupçonnée d'accélérer la concentration en gaz du milieu interstellaire dans les régions qui entourent le trou noir galactique central.

La grande fréquence d'observation de ce phénomène indique une grande longévité. Or, depuis les années 1990, si des simulations numériques avaient permis d'expliquer la formation de ces emboîtements de barres, elles ne parvenaient pas à rendre compte de leur stabilité sur plusieurs milliards d'années. En effet, l'accumulation de gaz dans le noyau d'une galaxie provoque, dans les simulations, la dissolution de la barre nucléaire en quelques dizaines ou centaines de millions d'années, voire la dissolution de la barre à grande échelle. Depuis, seule une poignée de simulations contenant exclusivement des étoiles avaient réussi à maintenir le système double suffisamment longtemps.

Un instant d’une simulation montrant les deux barres. Les contours en gris représentent le gaz qui s’accumule dans un anneau circumnucléaire et le long de la barre nucléaire. © Hervé Wozniak (université de Strasbourg, CNRS)

La formation stellaire, la clé de l'énigme des spirales barrées

Depuis, ces phénomènes sont étudiés à l'aide de simulations numériques plus réalistes qui couplent les effets de la gravitation, de l'évolution chimique et de la formation stellaire. Elles modélisent, à l'aide de « particules », la dynamique des étoiles mais aussi celle du gaz du milieu interstellaire et, en fonction de critères standards sur les propriétés du gaz, simulent le déclenchement de la formation de nouvelles particules qui représentent les nouvelles générations d'étoiles. Ces simulations, gourmandes en temps de calcul, nécessitent le plus souvent le recours à des supercalculateurs.

Un chercheur de l'observatoire astronomique de Strasbourg (université de Strasbourg et CNRS) vient de comprendre les mécanismes à l'œuvre pour former et maintenir sur le long terme des barres imbriquées à l'aide de simulations numériques qu'il a développées. Ces simulations ont été partiellement réalisées sur le tout récent supercalculateur équipant l'université de Strasbourg, financé par le projet Equipex Equip@Meso.

Une des clés de la longévité des galaxies à double barre est en fait la formation stellaire. Celle-ci a pour effet de transformer en étoiles le gaz qui s'accumule vers le noyau. La concentration de gaz dans le noyau étant plus faible, l'effet destructeur sur la barre nucléaire est amoindri. De plus, ces nouvelles étoiles viennent accroître la masse de la barre nucléaire. L'étude, publiée dans un article sur arxiv, suggère également que les deux barres tournent à des vitesses tellement différentes qu'elles ne se perturbent pas l'une l'autre via le mécanisme physique de résonance.

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