La Voie lactée s’est formée au fil de nombreuses collisions avec d’autres galaxies plus petites. Une équipe internationale ajoute aujourd’hui une sixième de ces collisions à la liste déjà connue. Elle se serait produite il y a entre 8 et 10 milliards d’années. Ici, une image d'illustration. © ordus, Adobe Stock
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Des restes de galaxie dévorées par la Voie lactée retrouvés par les astronomes

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L'histoire de la Voie lactée est faite de collisions. Les astronomes le savent. Et aujourd'hui, une équipe internationale raconte comment elle a exploité des données d'une extrême précision et la puissance des algorithmes pour dessiner avec quelques détails supplémentaires, l'arbre généalogique de notre Galaxie.

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[EN VIDÉO] En vidéo : la collision de la Voie lactée avec la galaxie d'Andromède  La galaxie d’Andromède (M31) et la Voie lactée se rapprochent l’une de l’autre. Découvrez en vidéo ce qui va se passer au cours des prochains milliards d’années et à quoi va ressembler la collision de ces deux grandes galaxies. 

La Voie lactée s'est formée il y a environ 12 milliards d'années. Depuis, comme les autres galaxies qui peuplent l'Univers, elle a grandi, en masse et en taille, à la faveur de nombreuses collisions. Au fil des temps, elle a attiré à elle des galaxies plus petites ou des amas d'étoiles qu'elle a littéralement absorbé. Intégrant à ses rangs, ces étoiles étrangères. Et pour comprendre comment les galaxies se forment, les astronomes ont besoin d'en savoir plus sur ces collisions.

Ils cherchent ainsi inlassablement les traces laissées dans la Voie lactée par ces événements de fusion. Dans les données renvoyées par la mission Gaia, par exemple. Car elle a pour objectif de mesurer avec précision la position, la distance et le mouvement des étoiles de la Voie lactée. C'est ainsi qu'une équipe internationale est parvenue à dessiner un peu plus clairement l'arbre généalogique de notre Galaxie.

Tout se joue dans le halo de la Voie lactée. Une région qui s'étend bien au-delà de la partie principale de notre Galaxie. C'est là que l'on trouve ce que les astronomes appellent des courants stellaires. Ils se forment à partir des étoiles de petites galaxies entrées relativement lentement en collision avec la Voie lactée. Lorsque la collision est plus brutale, les étoiles -- mais aussi les amas globulaires notamment -- des petites galaxies se retrouvent dispersées de manière aléatoire dans le halo de la nôtre.

Sur cette carte, les quelque 257 objets étudiés par les chercheurs : des amas globulaires symbolisés par des étoiles, des courants stellaires symbolisés par des points et des galaxies satellites symbolisées par des carrés. En bleu, les objets les plus proches de notre Soleil et en rouge, les plus éloignés. © Université de Strasbourg

Cinq collisions… plus au moins une

Les astronomes ont cette fois étudié quelque 170 amas globulaires, 41 courants stellaires et 46 galaxies satellites de la Voie lactée. Et en analysant leurs trajectoires et toutes les données cinématiques à leur disposition grâce à des algorithmes ultra-puissants, ils montrent que 25 % d'entre eux se répartissent en six grands groupes. Six grands groupes qui correspondent chacun à une collision passée.

Ici, la Voie lactée vue par Gaïa. Les points et les carrés en violet correspondent aux objets amenés dans la Voie lactée par l’événement de fusion nouvellement découvert Pontus. © ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO

La plupart des fusions galactiques identifiées étaient déjà connues des chercheurs. Mais ces travaux permettent de préciser les galaxies parentes de différents amas globulaires, courants stellaires ou galaxies satellites. Ainsi les courants déficients en métaux C-19, Sylgr et Phoenix seraient issus de la fusion avec la galaxie LMS-1/Wukong. De quoi l'envisager comme une galaxie qui se serait formée très tôt après le Big Bang.

Cette collision avec LMS-1/Wukong, que les astronomes connaissaient déjà, tout comme celles avec les galaxies Cetus, Gaia-Sausage/Enceladus ou encore Arjuna/Sequoia/I'itoi se sont toutes produites il y a environ huit à dix milliards d'années. La collision avec Sagittarius -- également déjà identifiée par le passé -- semble plus récente. Elle pourrait dater de 5 à 6 milliards d'années « seulement ». Car elle reste très « active ».

Une sixième collision jusqu'alors inconnue est également apparue aux yeux des chercheurs. Ils l'ont baptisé Pontus -- qui veut dire « mer » -- comme l'un des premiers enfants de Gaia -- la déesse grecque de la Terre. Cet événement a lui aussi dû se produire il y a environ 8 à 10 milliards d'années. Et il se murmure déjà d'une septième fusion pourrait encore se cacher dans les données...

Pour en savoir plus

Galaxie : la généalogie de la Voie lactée révèle une grosse surprise

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.

Article de Nathalie Mayer paru le 16/11/2020

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 © ESA, Hubble, Nasa, SDSS, J. Dalcanton, Judy Schmidt (Geckzilla)

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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