Le cluster galactique Cornucopia. © Nasa, Seti
Sciences

Découverte sur l'origine des galaxies solitaires ultra-diffuses

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[EN VIDÉO] Amas de galaxies : carambolages cosmiques aux confins de l'univers  Des astronomes ont découvert des proto-amas de galaxies tapis aux confins de l’univers. Leurs constitutions les ont beaucoup surpris, le processus de leur formation survient deux fois plus tôt que prévu. Que s’est-il passé ? 

Un article publié dans la revue Nature rapporte les observations d'une équipe de chercheurs ayant étudié le fonctionnement et l'origine de galaxies dites « ultra-diffuses », éloignées de tout autre système galactique. Ces galaxies méconnues se nichent dans des zones reculées de l'Univers et restent à ce jour relativement mystérieuses.

Si le grand public ne les connait pas, elles attisent pourtant la curiosité des astronomes. Les Ultra Diffuse Galaxies (en français galaxies ultra-diffuses ou UDG) intriguent pourtant les chercheurs, qui viennent de dévoiler les origines de ces systèmes dans une étude publiée le 6 septembre dans Nature Astronomy. Les scientifiques, répartis entre le Massachusetts Institute of Technology (MIT) et l'université de Californie, ont analysé le fonctionnement des UDG grâce à une simulation cosmologique dite hydrodynamique. Ils ont ainsi déterminé que certaines de ces galaxies, les plus reculées dans l'Univers, provenaient originellement de clusters galactiques ou gravitaient autour de galaxies plus massives avant de quitter leur milieu pour dériver seules dans le cosmos.

La galaxie ultra-diffuse NGC-1052. © Nasa, ESA

De mystérieuses galaxies naines

La découverte de la première galaxie ultra-diffuse a eu lieu en 1984. Ces UDG portent ce nom à cause de leurs caractéristiques particulières : si leur disque galactique peut atteindre la taille de notre Voie lactée, ils ne comportent en revanche qu'un nombre limité d'étoiles en leur sein et donc une masse stellaire réduite. Ces galaxies ultra-diffuses sont dépourvues de gaz permettant la formation d'astres, tels que de l'hydrogène, du monoxyde de carbone ou encore des molécules d'ammoniac. Certaines UDG avaient déjà fait parler d'elles en 2018 et 2019, lors de la publication d'études sur les halos de matière noire englobant les galaxies. Les astronomes avaient alors relevé que certaines galaxies ultra-diffuses « fusionnaient » avec de la matière noire, celle-ci s'infiltrant dans le disque galactique.

Les chercheurs du MIT se sont intéressés aux UDG les plus reculées dans l'Univers, certaines étant éloignées de plusieurs milliers de parsecs d'autres systèmes ou clusters galactiques. La majorité de ces galaxies solitaires sont de couleur bleuâtre, car abritant des étoiles jeunes ; d'autres UDG faisant partie de clusters ou satellites de galaxies plus massives tendant à avoir une couleur rouge. Cette différence est liée aux interactions entre les différents systèmes dans des clusters : certaines galaxies peuvent amputer du gaz nécessaire à la naissance des étoiles aux UDG. Dénuées de ces précieux composants, les galaxies ultra-diffuses rouges le sont car elles ne comportent que de vieilles étoiles, à l'image d'Antarès et Bételgeuse.

M42, la nébuleuse d'Orion, nuage moléculaire réunissant tous les composants nécessaires à la naissance d'étoiles. © Nasa, ESA

Un mystère à plusieurs mégaparsecs

Les chercheurs du MIT s'attendaient donc à trouver des UDG « bleues » en simulant les régions les plus isolées de l'Univers. Mais, à la surprise générale, une forte portion des galaxies simulées s'avéraient tendre vers le rouge, soit environ 25 %. La simulation cosmologique développée par les chercheurs américains, nommée TNG50, a donc été utilisée pour « remonter le temps » et comprendre comment des UDG rouges ont pu se retrouver si éloignées d'autres galaxies. À l'instar d'autres galaxies naines, les galaxies utra-diffuses observées se sont extirpées de l'attraction de clusters, mais le processus violent leur a arraché une partie de leurs gaz et nuages moléculaires. Une fois solitaires, les UDG vont alors entrer dans une orbite en boomerang et sont donc théoriquement disposées à revenir à leur point de départ. 

Vue d'artiste de l'étoile Bételgeuse, supergéante rouge visible dans la constellation d'Orion. © Vadimsadovski, Adobe Stock

Si le phénomène expliquant l'éjection de ces galaxies ainsi que le rôle de la matière noire dans la formation des galaxies diffuses reste encore flou, les chercheurs du MIT devraient mener de nouvelles simulations afin de déterminer si un nombre plus important d'UDG vagabonde entre les systèmes galactiques. 

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