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Des mini-galaxies en flagrant délit de fuite

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Jusqu'à récemment, on ne connaissait qu'un seul cas de mini-galaxie éjectée d'un amas. Mais deux astronomes viennent d'en trouver 11 de plus dans les données collectées avec le Sloan digital sky survey (SDSS) et le satellite Galex.

La collision de deux galaxies connue sous le nom de NGC 7252 dans la constellation du Verseau, photographiée par l'un des télescopes de l'Eso. Lorsqu'une telle collision se produit avec une troisième galaxie de petite taille, elle peut conduire à son éjection d'un amas de galaxies. © Eso

En exploitant les archives publiques du SDSS (Sloan digital sky survey) et du satellite Galex, deux astronomes dont un chercheur de l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Irap - CNRS/Université Paul Sabatier Toulouse 3) ont réussi à identifier près de 200 nouvelles galaxies elliptiques compactes et 11 mini-galaxies en fuite. Ce sont des restes de galaxies plus grandes qui ont perdu la plupart de leurs étoiles et ont été catapultées pour rejoindre le vide intergalactique.

L'étude (publiée sur arXiv) menée par les deux chercheurs visait initialement l'identification de nouvelles galaxies elliptiques compactes. Alors qu'elle a permis d'en découvrir près de 200 contre seulement 30 connues auparavant, la surprise est venue de ces mini-galaxies en fuite qui ont pu être découvertes au nombre de 11 grâce à ces travaux, contre une seule connue précédemment !

Les galaxies elliptiques compactes sont de petites galaxies qui sont typiquement une centaine de fois plus petites et moins massives que la Voie lactée. On les trouve normalement toujours au sein de groupes constitués de plusieurs galaxies : des amas. Or ici, plusieurs d'entre elles se sont avérées être des mini-galaxies en fuite, trouvées loin de toute galaxie plus grande ou d'un amas. Si les premières galaxies elliptiques compactes avaient précédemment toutes été trouvées au sein d'amas, c'est simplement parce que c'est là qu'on les avait cherchées. En élargissant le champ de recherche, nos deux chercheurs ont pu découvrir l'inattendu...

En effet, les théoriciens pensaient que ces mini-galaxies ne pouvaient provenir que de plus grandes galaxies qui auraient été dépouillées de la majeure partie de leurs étoiles lors d'une interaction avec une galaxie encore plus imposante. Ainsi, devaient-elles être nécessairement trouvées à proximité de grandes galaxies.

Vue d’artiste schématique du phénomène d’expulsion d’une mini-galaxie tel que décrit par le modèle d’interaction à trois corps de ces recherches : une galaxie spirale intruse approche d’un système composé d’une mini-galaxie elliptique en orbite autour d’une galaxie elliptique géante. Lors de son passage, l’intruse agit comme une catapulte gravitationnelle qui modifie l’orbite de la mini-galaxie. Cette dernière est alors propulsée en dehors du système alors que la galaxie spirale est absorbée par la galaxie elliptique géante. © Esa, Nasa, Hubble, Andrey Zolotov (artwork)

Des mini-galaxies éjectées par une interaction à trois corps

À l'image d'un satellite qui quitterait son orbite autour de la Terre, pour s'échapper de son système hôte, un objet doit acquérir une certaine vitesse dite de « libération ». Si telle était l'origine d'une galaxie en fuite, le système hôte serait une galaxie de taille normale et la vitesse de libération dépasserait alors les 10 millions de kilomètres par heure (2.500 km/s). Or, non seulement les mini-galaxies nouvellement découvertes par cette étude se sont avérées isolées mais elles se déplacent bien plus rapidement que leurs consœurs situées au sein d'amas.

Les chercheurs se sont alors interrogés sur les mécanismes qui pourraient conduire à l'éjection d'une mini-galaxie de sa galaxie hôte. La solution au problème a alors été trouvée dans la classique « interaction à trois corps ». En effet, et par exemple, une étoile hyperrapide  peut être créée dans la Voie lactée si un système d'étoiles binaires passe à proximité du trou noir central de la Galaxie : une des deux étoiles est capturée par le trou noir tandis que l'autre se trouve catapultée à une vitesse faramineuse.

De façon similaire, lorsqu'une galaxie elliptique compacte s'apparie avec une deuxième galaxie plus grande, elle se trouve dépouillée de ses étoiles. Si une troisième galaxie entre dans la danse, la galaxie compacte peut se trouver expulsée du système laissant alors l'intruse se faire absorber par la grande galaxie.

Cette découverte est un succès remarquable des observatoires virtuels grâce auxquels les données provenant des grands relevés astronomiques sont rendues accessibles à l'ensemble de la communauté des chercheurs et permettent, par l'exploitation et l'analyse de ces données, des découvertes jamais anticipées.

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