Il ne faut pas un énorme bond en avant pour comprendre pourquoi M64 est mieux connue sous le nom de galaxie Evil Eye. Assis dans le vide abyssal de l’espace, il semble projeter un éclat sinistre sur le cosmos, un nuage de poussière encadrant sa périphérie visible comme un sombre hématome.
La galaxie est encore plus étrange qu’elle n’en a l’air. Son disque externe riche en hydrogène orbite dans la direction opposée au disque interne d’étoiles de la galaxie, suggérant des différences dans leurs origines.
Maintenant, les astronomes ont découvert que l’hydrogène gazeux du disque externe provenait d’une galaxie naine satellite plus petite et riche en gaz, un M64 récemment cannibalisé et enveloppé. C’est le matériau de cette galaxie plus petite qui assombrit la périphérie de M64.
Cette découverte pourrait nous donner un aperçu de l’avenir de notre propre galaxie, la Voie lactée. Les estimations de la masse et du contenu du satellite déchiqueté suggèrent qu’il était remarquablement similaire au petit nuage de Magellan, une galaxie naine satellite de la Voie lactée qui sera un jour subsumée dans la plus grande masse.
Ces découvertes, dirigées par l’astronome Adam Smercina de l’Université de Washington, ont été acceptées dans The Astrophysical Journal Letters et sont disponibles sur le serveur de préimpression arXiv.
“Nous trouvons des preuves d’une caractéristique de coquille spectaculaire et d’autres structures de marée indiquant une fusion radiale en cours à un stade avancé”, écrivent les chercheurs.
“Nous estimons la masse stellaire de la galaxie progénitrice à 500 millions de masses solaires, avec une métallicité de [M/H] ≃ −1 – très similaire à la masse et à la métallicité du Petit Nuage de Magellan.
“La masse du disque de gaz externe contrarotatif de M64 est également comparable à la masse de gaz du Petit Nuage de Magellan, suggérant que l’origine la plus probable du disque contrarotatif unique de M64 était une fusion récente avec un satellite riche en gaz très similaire au Petit Nuage de Magellan.”
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On pense que les fusions de galaxies sont une partie très importante de la croissance et de l’évolution des galaxies. Non seulement ces événements augmentent la masse d’une galaxie, mais ils lui insufflent de nouvelles interactions matérielles et gravitationnelles qui augmentent la formation d’étoiles, maintenant la galaxie en vie avec de nouvelles générations d’étoiles.
La Voie lactée a fusionné plusieurs fois avec d’autres galaxies au cours de sa longue histoire de 13,6 milliards d’années, et nous pouvons voir d’autres galaxies dans l’Univers à différentes étapes du processus de fusion.
Parce que le cannibalisme galactique n’est pas rare, il semblait raisonnable de penser que l’étrange gaz en marge de M64 était le résultat de l’un de ces événements.
Des études antérieures, cependant, ont trouvé étonnamment peu de signes d’une interaction galaxie-galaxie récente, conduisant à la suggestion que le disque d’hydrogène avait été aspiré juste de l’espace autour de la galaxie, ou d’une brève rencontre en survol avec une autre galaxie nommée Coma P.
Cependant, les preuves de l’un ou l’autre de ces scénarios manquaient également; Smercina et ses collègues ont donc fait appel à l’Hyper Suprime-Cam du télescope Subaru pour étudier l’espace autour de M64, à quelque 1,4 million d’années-lumière, à la recherche de signes de l’origine du disque externe dans des étoiles solitaires éloignées du disque principal de la galaxie.
Leurs observations ont révélé ce qu’ils disent être des traces claires d’une fusion galactique. Ils ont trouvé un halo galactique – une sphère diffuse de matière noire, de gaz et d’étoiles qui encapsule des galaxies spirales, dont on pense qu’elles se forment et se développent grâce aux fusions de galaxies.
Carte des étoiles autour de M64, montrant les caractéristiques de la coquille au sud-ouest et au nord-est. (Smercina et al, arxiv, 2023)
Mais ils ont également trouvé des preuves d’un obus. Il s’agit d’une densité d’étoiles produite par l’interaction gravitationnelle entre deux galaxies en fusion. Alors que les galaxies tournent l’une autour de l’autre, leur interaction gravitationnelle crée une traînée qui pousse les étoiles les unes contre les autres, un peu comme les pics des ondulations dans un étang.
La comparaison avec des simulations a montré que la répartition de l’obus autour de M64 est cohérente avec ce que l’on appelle une fusion « mineure » ; c’est-à-dire l’absorption d’une galaxie naine satellite par le plus grand hôte.
Le mouvement du gaz suggère que ce satellite avait une orbite partiellement rétrograde autour de M64. Et le centre poussiéreux et les taches sombres de poussière sont le résultat de la fusion en cours alors que le matériau entre en collision avec le disque de gaz interne du M64.
Pour confirmer ce scénario, les chercheurs ont utilisé les données de Hubble pour estimer la masse et la composition de la galaxie absorbée. Ils ont dérivé une masse stellaire d’environ 500 millions de masses solaires, cohérente avec les 300 millions à un milliard de masses solaires du Petit Nuage de Magellan.
Une carte lâche des étoiles du halo M64 (à gauche) comparée aux simulations de fusion galactique (à droite). (Smercina et al, arXiv, 2023)
La masse du disque d’hydrogène autour de M64 est également d’environ 500 millions de masses solaires, ce qui, encore une fois, selon les chercheurs, est cohérent avec les 400 millions de masses solaires de gaz dans le petit nuage de Magellan. Ensemble, les indices semblent pointer de manière assez convaincante vers le cannibalisme galactique, assez récemment pour avoir laissé ces traces – au cours du dernier milliard d’années.
“Les origines probables du gaz contrarotatif de l’Evil Eye sont enfin révélées, après des décennies de curiosité”, écrivent les chercheurs.
“Nous suggérons que son disque de gaz externe a été accrété récemment lors d’une fusion 52: 1 avec une petite galaxie de masse nuageuse de Magellan et entre maintenant en collision avec un disque de gaz interne existant, alimentant une explosion de formation d’étoiles à l’interface disque-disque et entraînant les voies de poussière visibles dont il tire son nom. De futures études observationnelles et théoriques aideront à tester cette idée.
Pendant ce temps, M64 peut nous aider à comprendre comment se forment les halos stellaires. Être capable de calculer le mouvement orbital précédent d’une galaxie satellite maintenant consommée pourrait aider à reproduire l’évolution du halo de M64, fournissant un aperçu précieux de la croissance de ces structures mystérieuses.
Les recherches de l’équipe ont été acceptées dans The Astrophysical Journal Letters et sont disponibles sur arXiv.
