Dans notre Univers, les galaxies se forgent à coups de collisions titanesques. En témoignent quelques fossiles généralement retrouvés sur les extérieurs. Mais des chercheurs viennent de tomber sur les restes d’une galaxie en plein cœur de notre Voie lactée. La collision semble s’être produite il y a dix milliards d’années.

Héraclès, nous le connaissons un peu plus sous le nom d’Hercule, tout simplement. Il est le fils de Zeus, reconnu pour sa force et son courage. C’est probablement parce que c’est aussi celui qui a finalement accédé à l’immortalité que les astronomes du Sloan Digital Sky Survey (SDSS, États-Unis) ont choisi de donner son nom à une galaxie un peu particulière. Une galaxie dont le fossile vient tout juste d’être repéré au cœur même de la Voie lactée.

Selon les données des chercheurs, des analyses détaillées de la composition chimique et des mouvements de dizaines de milliers d’étoiles, Héraclès aurait heurté notre galaxie au tout début de son histoire, il y a dix milliards d’années. Aujourd’hui, ses restes représenteraient environ un tiers du halo sphérique de la Voie lactée.

Malgré la dimension impressionnante du fossile, les astronomes ne l’avaient encore jamais remarqué. Car les observations vers cette région centrale de notre Galaxie sont difficiles. Elles sont voilées par des nuages de poussière interstellaire. Mais l’objectif de la collaboration Apogee sur laquelle reposent les travaux des chercheurs du SDSS, justement, est de mesurer les spectres des étoiles dans le proche infrarouge plutôt que dans le visible, obscurci par les poussières.

« Sur les dizaines de milliers d’étoiles que nous avons examinées, quelques centaines avaient des compositions chimiques et des vitesses remarquablement différentes, explique Danny Horta, astronome, dans un communiqué du SDSSCes étoiles sont si différentes qu’elles ne peuvent provenir que d’une autre galaxie. En les étudiant en détail, nous pouvons retracer l’emplacement précis et l’histoire de cette galaxie fossile ».

Rappelons que les galaxies de notre Univers se construisent à force de collisions. Ainsi les chercheurs ont déjà découvert les restes de plusieurs galaxies dans le halo externe de la Voie lactée. Les traces des collisions plus anciennes, en revanche, sont à chercher dans les régions centrales. Des régions enfouies plus profondément dans le disque de notre Galaxie.

Le fait que les étoiles de l’ancienne Héraclès représentent un tiers de la masse du halo de la Voie lactée montre à quel point cette collision a dû constituer un événement majeur de la formation de notre Galaxie. De quoi, possiblement, en faire une galaxie encore plus exceptionnelle que nous ne le pensions. Parce que c’est la nôtre, bien sûr. Mais aussi parce qu’en général, les galaxies spirales sont réputées pour connaître des enfances assez calmes. Peut-être que le « Milky Way Mapper » – le nouveau projet du SDSS – et ses mesures des spectres de dix fois plus d’étoiles encore – dans l’infrarouge et le visible – apportera-t-il bientôt quelques précisions à ce sujet.

Pour en savoir plus

Les fouilles archéologiques sur le passé de la Voie lactée, en direction de son bulbe, ont mis en évidence un objet survivant de l’histoire de notre Galaxie. Même si Terzan 5 ressemble à s’y méprendre à un amas globulaire, il serait bien la relique d’une petite galaxie primitive.

Article de Laurent Sacco paru le 13/09/2016

Longtemps pris, de par son aspect, pour un amas globulaire gravitant autour de la Voie lactée, Terzan 5, distant de quelque 19.000 années-lumière de notre Système solaire, présente en réalité les caractéristiques d’un vestige galactique.

Pour Francesco Ferraro, de l’université de Bologne (Italie), qui, avec son équipe, vient de publier dans The Astrophysical Journal les derniers résultats de ses recherches menées depuis plusieurs années avec le VLT et le renfort d’Hubble« Terzan 5 pourrait constituer un lien intéressant entre l’univers local et l’univers lointain, le témoin survivant du processus d’assemblage du bulbe galactique ».

L’objet abrite une population d’étoiles clairement distincte, séparée de plus de 7 milliards d’années. La plus ancienne affiche 12 milliards d’années et la plus récente, autant que notre Soleil : 4,5 milliards d’années. « L’existence de cette seconde génération d’étoiles suppose que l’ancêtre de Terzan 5 ait renfermé de vastes quantités de gaz et était particulièrement massif [propriétés requises pour enfanter ces étoiles, NDLR]. Au moins 100 millions de masses solaires », a expliqué le coauteur de l’étude, Davide Massari, de l’Inaf et de l’université de Groningen, aux Pays-Bas.

Tout indique qu’il s’agit d’une relique de l’un des premiers blocs constitutifs de la Voie lactée, le vestige d’un amas de gaz qui, jusqu’à présent, a « échappé à toute perturbation majeure et demeure noyé au sein de la Galaxie ».

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C’est une découverte stupéfiante que viennent de faire les astronomes de l’ESO grâce au VLT. Un amas situé dans le bulbe galactique, constitué d’un étrange mélange de deux générations d’étoiles, semble être le reste fossile d’une galaxie naine phagocytée par la Voie lactée lors de sa formation.

C’est une véritable prouesse d’archéologie galactique. En observant l’amas d’étoile baptisé Terzan 5 avec le Multi-conjugate Adaptive optics Demonstrator (MAD) du VLT, les astronomes sont arrivés à la conclusion qu’ils avaient sous les yeux les restes d’une galaxie naine entrée en collision avec la Galaxie il y a probablement des milliards d’années.

Pour réaliser cet exploit, l’astronome Francesco Ferraro et ses collègues ont dû observer le bulbe de la Voie lactée avec MAD. En effet, cette zone est remplie de poussières qui absorbent le rayonnement dans le domaine visible. En revanche, l’infrarouge passe. Mais si l’on veut effectuer des observations avec une haute résolution, il faut avoir recours à l’optique adaptative. MAD fait justement partie des prototypes de la nouvelle génération d’instruments de ce type.

Terzan 5, l’amas globulaire que les chercheurs ont examiné avec MAD, est connu depuis 1968. Il est situé à plus de 33.000 années-lumière dans la constellation du Sagittaire et on y a même observé un grand nombre de pulsars. Ce que l’on ignorait mais que les observations ont révélé est qu’il est composé de deux générations d’étoiles, l’une formée il y a 12 milliards d’années et l’autre il y a 6 milliards d’années. Or, cette double génération n’est pas vraiment compatible avec ce que l’on sait d’un amas globulaire normal dont la majorité des étoiles se sont formées en moins d’un milliard d’années, il y a plus de 10 milliards d’années.

On connaissait déjà un amas globulaire similaire dans le halo de la Voie lactée, celui d’Omega Centauri. En fait, ce dernier a été ré-interprétré depuis quelque temps et on le conçoit plutôt maintenant comme une galaxie naine. Or, on a de bonnes raisons de penser que les grandes galaxies comme la nôtre se forment par collisions et fusion entre des galaxies plus petites, des galaxies naines. L’interprétation la plus naturelle des nouvelles observations de Terzan 5 est qu’il s’agit d’un reste d’une des galaxies naines absorbées depuis des milliards d’années par la Galaxie. Le processus se poursuit d’ailleurs actuellement.

Un zoom vertigineux en direction du centre de la Galaxie. L’image finale est celle de Terzan 5 donnée par MAD. © ESO, S. Guisard, Digitized Sky Survey 2, F. Ferraro

Selon Francesco Ferraro : « Ce résultat pourrait être le premier d’une série de découvertes à venir qui nous permettra d’apporter des réponses à la question toujours vivement débattue de l’origine des bulbes galactiques. Plusieurs systèmes similaires peuvent être cachés derrière la poussière du bulbe : c’est dans ces objets que l’histoire de la formation de notre Voie lactée est écrite. ».

Ceci n’est probablement qu’un prélude à ce que livrera probablement la mission Gaïa qui devrait être lancé par l’Esa en 2012. Succédant à Hipparcos, ce satellite donnera des mesures des positions et des vitesses de près d’un milliard d’étoiles dans la Galaxie avec une précision record. Avec, en sus, des informations spectroscopiques, nous disposerons alors d’un moyen de reconstituer l’évolution de plusieurs populations d’étoiles dans la Voie lactée et ainsi d’en connaître bien mieux l’histoire. L’archéologie galactique est bel et bien en train de devenir une réalité.

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