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Posté par Adrien le Jeudi 15/12/2016 à 00:00
Une preuve décisive apportée au modèle hiérarchique de formation des galaxies
Comprendre la formation des galaxies géantes telles que la Voie lactée est l'un des grands enjeux de l'astrophysique contemporaine. Deux modèles sont en compétition, dont le modèle hiérarchique qui stipule que les disques géants se forment par coalescence avec des galaxies plus petites et riches en gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume...). Celui-ci vient d'être encore renforcé par les travaux d'une équipe scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) française menée par une jeune astrophysicienne de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir des cartes pour la...) au laboratoire Galaxies, Étoiles, Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) et instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) - GEPI (Observatoire de Paris/CNRS/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et...) Diderot). Ces travaux paraissent dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, le 13 décembre 2016.

La plupart des galaxies sont constituées d'un large disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus...). C'est le cas de notre galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres...), la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la...), et d'Andromède, sa plus proche voisine. Les galaxies spirales ((voir page de discussion)) représentent environ deux tiers des galaxies de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) actuel. C'est dire si la compréhension de leur origine est aujourd'hui l'une des questions centrales de l'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et...).


Deux exemples parmi les nombreuses galaxies découvertes en paire grâce à la spectroscopie proche infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que...) de Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour...), qui a permis de mesurer la distance entre chacun des membres du couple. Les images obtenues par Hubble sont si profondes qu'elles révèlent des ponts de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux....) entre les galaxies ainsi que des queues de marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux des mers et des océans causé par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil.), prouvant de façon irréfutable que ces galaxies sont en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) gravitationnelle. © STScI / Rodrigues (Rodrigues est la plus petite des trois îles de l’archipel des Mascareignes.) et al. 2016

Quand et comment ces disques se sont formés reste sujet à débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance, à laquelle prennent part des individus ayant des avis, idées,...): ont-elles grandi par accrétion (L'accrétion désigne en astrophysique, en géologie et en météorologie l'accroissement par apport de matière.) de gaz provenant de leur périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un objet...), ou par coalescence de petites entités ayant graduellement formé des galaxies plus massives ? Ce dernier scénario est connu sous le nom de "modèle hiérarchique" de formation des galaxies.

Une équipe d'astronomes de l'Observatoire de Paris en collaboration avec une chercheuse du Laboratoire d'astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université) apporte de nouveaux éléments décisifs sur le mode de formation des disques galactiques.

Leurs travaux se sont basés sur l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) d'une centaine de galaxies lointaines ayant émis leur lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) il y a 8 milliards d'années, en mobilisant plusieurs techniques instrumentales, ce qui n'avait jamais été réalisé auparavant.

En premier lieu, des observations réalisées à l'aide du spectrographe KMOS à mode multi-intégral de champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:), nouvellement installé au Very Large Telescope (VLT) de l'ESO, ont permis d'étudier ces galaxies distantes et d'analyser leur mouvement interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable...).


Formation des galaxies spirales © STScI / Rodrigues et al. 2016

Elles ont montré qu'il y a 8 milliards d'années, un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de galaxies étaient animées d'un mouvement de rotation. Cette première observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) semblait plaider en faveur d'un scénario de formation par accrétion de gaz. Cependant, la résolution spatiale de KMOS n'étant pas suffisante, il n'était pas possible d'établir sans ambiguïté l'origine du mouvement de ces galaxies distantes.

L'équipe de chercheurs a donc ré-analysé ces observations cinématiques, en les combinant à l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La...) profonde délivrée par le télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet de la...). À la lumière de cette nouvelle analyse, elle a pu établir que leur cinématique (En physique, la cinématique est la discipline de la mécanique qui étudie le mouvement des corps, en faisant abstraction des causes du...) était bien plus perturbée que ce que l'on pensait auparavant.

En parallèle, l'équipe a initié la première recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain...) de compagnons physiquement liés à ces galaxies distantes, grâce au relevé spectroscopique proche infrarouge de Hubble coordonné par l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Yale.

Le résultat est surprenant et décisif. Près de deux tiers des galaxies distantes sont en voie de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes...). L'interaction avec un compagnon massif (Le mot massif peut être employé comme :) explique les structures singulières observées sur les images du télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport à son homologue terrestre de ne pas...) Hubble, telles que des queues de marée et des ponts de matière.

Comme ces galaxies distantes sont les ancêtres des galaxies spirales actuelles, les observations attestent que les galaxies spirales ont reformé un nouveau disque après une fusion.

Ces résultats fournissent une nouvelle preuve essentielle en faveur du scénario hiérarchique de formation des galaxies, qui suppose que les petites galaxies fusionnent pour en former de plus grandes.

Référence

Ce travail de recherche a fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par...) d'un article intitulé "Morpho-kinematics of z1 galaxies probe the hierarchical scenario", par M.Rodrigues et al., paru le 13 décembre 2016 dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (arXiv:1611.03499).

Collaboration

L'équipe est composée pour:
- L'Observatoire de Paris / CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Univ. Paris Diderot, France
- M.Rodrigues (GEPI)
- F. Hammer (GEPI)
- H. Flores (GEPI)
- M.Puech (GEPI)
- Le Laboratoire d'astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université).
- E. Athanassoula

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