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Posté par Redbran le Lundi 19/02/2018 à 12:00
La formation de la galaxie Andromède enfin élucidée
La galaxie spirale Andromède s'est structurée il y a moins de 3 milliards d'années, à la suite d'une collision majeure survenue entre deux galaxies. C'est la conclusion rapportée par une étude adossée à des moyens de calculs informatiques sans précédant et dirigée par un astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) 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 navigation. Il vient en...) - PSL, au département Galaxies, Etoiles, 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 (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...) - PSL / 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).) / Université Paris Diderot). Celle-ci paraît en ligne dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, en date du 14 février 2018.


La galaxie d'Andromède, M 31 Au centre, se trouve le bulbe (Un bulbe est une pousse souterraine verticale disposant de feuilles modifiées utilisées comme organe de stockage de nourriture par une plante à dormance.) (zone très lumineuse) entouré du 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 en latin.) géant de la galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.).© Richard Crisp

La grande nébuleuse d'Andromède a été décrite pour la première fois en 964, par l'astronome Perse, Abd al-Rahman al-Sufi. Répertoriée en 1923 comme galaxie, elle a souvent été considérée comme la soeur jumelle de notre Voie Lactée. C'est sa plus proche voisine et cette proximité permet 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’étude appropriés. Le plaisir...) comparée de ses propriétés qui, jusqu'à aujourd'hui, intriguaient les astrophysiciens.

Une campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La campagne est...) d'observations américaine, menée entre 2006 à 2014, avait en effet souligné une différence considérable avec la Voie Lactée: dans le disque géant d'Andromède, toutes les étoiles âgées de plus de 2 milliards d'années, subissent des mouvements désordonnés, dont l'ampleur est presque comparable à leur mouvement de rotation autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) du centre de cette galaxie. À titre comparatif, les étoiles du disque de la Voie Lactée, dont fait partie notre Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...), ne sont sujets qu'à un simple mouvement de rotation. Comment expliquer cette différence ?

À l'aide de modélisations effectuées sur les plus puissants moyens de calcul disponibles en France - les calculateurs de l'Observatoire de Paris (MesoPSL) et de GENCI (IDRIS - CNRS)-, et après traitement de près d'un téraoctet de données, 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...) franco-chinoise de l'Observatoire de Paris - PSL, du National Astronomical Observatory of China (NAOC), de l'Observatoire astronomique (Un observatoire astronomique est un lieu destiné à l'observation astronomique. Les laboratoires modernes sont largement dotés...) de l'Université de Strasbourg et du CNRS est enfin parvenue à caractériser les mécanismes physiques de formation d'Andromède, levant ainsi le voile sur l'origine de sa formation. Les scientifiques ont démontré que seule une collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) «récente» pouvait expliquer l'agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs pour rendre une ou plusieurs de ces caractéristiques homogènes. Plusieurs...) des étoiles, collision suivie par un épisode de formation stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.) dans l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) du disque géant d'Andromède.

Il y a 7 à 10 milliards d'années, à la place d'Andromède, se trouvaient deux galaxies sur une même trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) de rencontre. Les astronomes ont optimisé par simulation les trajectoires des deux galaxies pro-génitrices. Ils ont découvert qu'elles avaient fusionné il y a 1,8 à 3 milliards d'années. Cette collision a donné naissance à Andromède telle que nous la connaissons. «Nous avons montré que la plus grande des deux galaxies pro-génitrices était environ quatre fois plus massive (Le mot massif peut être employé comme :) que la plus petite», précise François Hammer, astronome de l'Observatoire de Paris - PSL, premier coauteur de l'étude.


Vues comparées en vraies couleurs de la galaxie d'Andromède La galaxie d'Andromède, M 31 dont le disque très incliné s'étend en diamètre sur environ 40 kpc. À gauche, M31 observée en couleurs réelles. À droite, simulation numérique à 24 millions de particules. L'insert, en haut et à droite de chaque image, montre que la simulation parvient aussi à reproduire la barre de la galaxie (sombre dans l'insert gauche, jaune dans celui à droite), ainsi que les régions de formation stellaire (bleues) qui appartiennent au disque d'Andromède.© Richard Crisp / Observatoire de Paris - PSL / Hammer et al. 2016

Grâce à des calculs numériques intensifs, les astrophysiciens parviennent pour la première fois à reproduire en détail l'ensemble des nombreuses structures qui composent la galaxie d'Andromède: le bulbe, la barre et le disque géant. Ce dernier inclut un gigantesque anneau d (L'anneau D est un anneau planétaire situé autour de Saturne, le plus interne des anneaux de cette planète.)'étoiles jeunes dont la stabilité avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) restait inexpliquée, ce qui vient d'être résolu.

La galaxie d'Andromède est entourée de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière...) et d'étoiles peuplant une région dix fois plus étendue qu'Andromède, communément appelée le halo. Des observations réalisées entre 2008 et 2014 sur le télescope franco-canadien à Hawaii (CFHT) montrent que le halo d'Andromède est peuplé par de gigantesques courants d'étoiles, dont le plus proéminent, s'appelle précisément le «courant géant d'étoiles». Le disque géant présente des bords déformés, sur lesquels on retrouve également d'autres structures ayant la forme d'amas diffus ou de coquilles.

En faisant une comparaison systématique avec ces observations qui sont les plus profondes du halo d'Andromède, la collaboration franco-chinoise est parvenue à reproduire et à comprendre l'origine de ces structures. Le «courant géant d'étoiles» ainsi que les coquilles proviennent du plus petit progéniteur, tandis que les amas diffus et la déformation du disque proviennent du plus grand. Cela explique pourquoi les premières structures sont sous-abondantes en éléments lourds par rapport aux secondes: le plus petit progéniteur étant moins massif (Le mot massif peut être employé comme :), il a formé moins d'éléments lourds et d'étoiles que le plus grand.


Vue du gigantesque halo sur 265x265 kpc2 qui entoure la galaxie d'Andromède À gauche, vue détaillée des observations profondes; À droite, la simulation opérée à l'aide de puissants calculateurs des parcs GENCI et MesoPL parvient à reproduire les observations et à en expliquer leurs origines.Crédits: Observatoire de Paris - PSL/ Hammer et al. 2016

C'est la toute première fois qu'une simulation numérique, basée sur 24 millions de particules, parvient à reproduire une galaxie avec autant de détails. La collision gigantesque qui a eu lieu alors que notre Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) existait déjà, pourrait avoir laissé des traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet...) dans notre environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend...), le Groupe Local (Le Groupe local est l'ensemble d'une trentaine de galaxies auquel appartient notre Galaxie. Son diamètre est d'environ 3 millions de parsecs.). Elle est le seul moyen d'expliquer comment se sont formés le bulbe, la barre, les disques minces et épais, l'anneau stable de jeunes étoiles dans le disque, le récent événement de formation stellaire dans tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le disque, la structure 3D du «courant géant d'étoiles», les coquilles et amas diffus, et la distribution des étoiles dans le halo.



Référence publication:
Ce travail de 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...) 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...) d'un article intitulé "A 2-3 billion (Un billion (1 000 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf milliards neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999...) year old major merger paradigm for the Andromeda galaxy and its outskirts", par F. Hammer et al., à paraître le 15 février 2018 dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (arXiv: 1801.04279).

Collaboration:
L'équipe est composée de François Hammer (Observatoire de Paris - PSL), Yanbin Yang (Observatoire de Paris - PSL), Jianling Wang (National Astronomical Observatory of China), Rodrigo Ibata (Observatoire astronomique de l'Université de Strasbourg), Hector Flores (Observatoire de Paris - PSL) et Mathieu Puech (Observatoire de Paris - PSL).

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