Au cours de l’histoire de l’Univers, la Voie lactée n’a pas navigué sereinement dans l’espace intergalactique. Bien au contraire, en fait. Au cours des 13,6 derniers milliards d’années environ, il est entré en collision avec plusieurs autres galaxies et les a consommées.
Aujourd’hui, grâce à un travail minutieux, des astronomes dirigés par Khyati Malhan de l’Institut Max Planck d’astronomie en Allemagne ont cartographié six de ces anciennes fusions galactiques – dont cinq étaient déjà connues et une sixième qu’ils viennent de découvrir. Les résultats conduiront à une compréhension plus complète de l’histoire, de la croissance et de l’évolution de notre galaxie, ainsi que des origines des étoiles qui s’y trouvent.
“L’atlas dynamique des fusions de la Voie lactée que nous présentons ici offre une vue globale de la formation des galaxies en action”, écrivent les chercheurs dans leur article.
“Ainsi, notre étude contribue aux étapes initiales de démêler la structure hiérarchique complète de notre galaxie, et également de comprendre l’origine des amas globulaires et des flux stellaires du halo de la Voie lactée.”
La galaxie de la Voie lactée ne consiste pas seulement en un disque plat d’étoiles en orbite autour d’un trou noir supermassif. Sa portée gravitationnelle est sphérique, un orbe qui non seulement s’étend au-dessus et au-dessous du plan galactique, mais encercle ce disque et ses environs. Cette structure s’appelle le halo galactique, et elle a été principalement formée par des fusions avec plusieurs autres galaxies.
Comprendre cette histoire nécessite un travail de détective innovant. Le premier obstacle à surmonter est qu’il est très difficile, dans l’espace, de savoir à quelle distance se trouvent les choses. Nous pouvons cartographier les étoiles sur un axe X et un axe Y, mais à moins que vous ne sachiez à quel point quelque chose est intrinsèquement brillant, sa distance est plus difficile à déterminer. Ceci, jusqu’à récemment, avait rendu très difficile le discernement des groupes d’étoiles.
Lorsque la Voie lactée interagit avec une autre galaxie, les résultats ne sont pas non plus une subsomption nette. Les forces de marée (gravitationnelles) en jeu étirent l’autre galaxie, de sorte qu’elle forme ce que nous appelons un courant stellaire – une rivière d’étoiles traversant le ciel, les entrailles d’une galaxie éventrée.
De plus, les amas denses d’étoiles appelés amas globulaires et galaxies satellites sont également souvent considérés comme des vestiges de fusions galactiques, cachés dans le halo.
(S. Payne-Wardenaar/K. Malhan, MPIA)
Ces dernières années, les astronomes ont identifié davantage de ces flux dans le halo galactique grâce à un projet appelé Gaia. Le satellite Gaia utilise la parallaxe stellaire pour déterminer la position précise et le mouvement des étoiles de la Voie lactée dans l’espace tridimensionnel avec la plus grande précision à ce jour, et les découvertes qu’il a permises sont assez spectaculaires, y compris la fusion galactique Gaia-Encelade qui a pris lieu il y a 9 milliards d’années.
La première troisième publication des données de Gaia a eu lieu en décembre 2020 et, plutôt que d’analyser manuellement les groupements d’étoiles, Malhan et ses collègues ont utilisé une procédure statistique qui a permis d’identifier si les groupes étaient liés ou non à une fusion galactique. Au total, l’équipe a inclus 170 amas globulaires, 41 flux stellaires et 46 galaxies satellites, et a attribué 62 de ces objets à six événements de fusion avec des galaxies plus petites.
Cinq d’entre eux étaient connus. Il y avait Gaia-Encelade, comme mentionné précédemment; la fusion Cetus ; la fusion LMS-1/Wukong, découverte en 2020 ; la galaxie Sequoia, qui a fusionné avec la Voie Lactée il y a environ 9 milliards d’années ; et la galaxie naine du Sagittaire, qui a traversé à plusieurs reprises la Voie lactée pendant des milliards d’années.
(S. Payne-Wardenaar/K. Malhan, MPIA)
De plus, l’équipe a découvert une fusion entièrement nouvelle, qu’ils ont nommée Pontus. Nous ne savons pas encore grand-chose sur Pontus, mais nous savons que les étoiles qui lui sont associées se déplacent très lentement, à contre-courant de la rotation principale de la Voie lactée. Selon eux, cela pourrait indiquer que la fusion a eu lieu très tôt dans l’histoire de notre galaxie, il y a peut-être 8 à 10 milliards d’années.
Ils ont également appris quelque chose de nouveau sur LMS-1/Wukong : trois des flux qui lui sont associés possèdent certaines des étoiles les plus anciennes de la Voie lactée. Cela suggère que la galaxie progénitrice de ces étoiles s’est peut-être formée très tôt dans l’histoire de l’Univers, bien que nous n’ayons pas encore de calendrier pour sa fusion avec la Voie lactée.
Il existe également des indices alléchants d’autres fusions qui se cachent dans la Voie lactée. Le système automatisé a raté deux fusions connues, dont le Kraken ; et une analyse manuelle des données par l’équipe a suggéré qu’il y avait encore une autre fusion inconnue. Au moins certains des 195 objets restants pourraient être liés à ceux-ci; ou ils pourraient provenir de fusions plus petites qui ont laissé des traces plus petites.
La prochaine étape, selon les chercheurs, est d’essayer de reconstituer une chronologie de toutes les fusions.
“Avec une telle richesse d’informations”, écrivent-ils, “nous serons en mesure d’explorer l’aspect” temporel “de l’archéologie galactique en construisant une compréhension de l’histoire fusionnelle” chronologique “de la Voie lactée.”
La recherche a été publiée dans The Astrophysical Journal.
