Les galaxies ne sont pas des univers îles

Une équipe d'astronomes de l'Observatoire de Paris a établi de nouvelles contraintes sur les scénarios de formation des galaxies en étudiant la proportion en oxygène dans le gaz des galaxies lointaines. A partir de données issues du Very Large Telescope au Chili, l'équipe dirigée par F. Hammer a observé une centaine de galaxies massives situées à une distance comprise entre 4 et 8 milliards d'années-lumière; c'est à dire que l'on perçoit aujourd'hui la lumière que ces astres ont émis lorsque l'Univers avait la moitié de son âge actuel. Le contenu en oxygène du gaz a pu être mesuré avec une précision inégalée.

Les galaxies sont des objets complexes constitués de milliards d'étoiles, de gaz et de poussières. Emmanuel Kant, philosophe allemand du XVIIIe siècle, fut le premier à émettre l'hypothèse de l'existence de ces univers-îles répartis dans le vide intergalactique. La compréhension de la nature et composition des galaxies a considérablement progressé depuis leur première détection en 1920 par Edwin Hubble. Par exemple, les astronomes ont déterminé que notre galaxie, la Voie Lactée, et sa proche voisine la galaxie d'Andromède, sont des galaxies spirales, c'est à dire qu'elles sont constituées d'un bulbe central et d'un disque doté de bras spiraux. La plupart des galaxies massives dans notre Univers proche sont de même nature. Cependant, les astronomes ne sont toujours pas arrivés à un consensus sur la formation de ces galaxies. D'après le modèle le plus accepté à ce jour, les galaxies massives se sont formées très tôt après l'émergence de l'Univers. Il y a environ 12 milliards d'années, les grands nuages de gaz primordial se seraient condensés, par l'effet de la gravitation, et auraient donné naissance à ces galaxies. Après leur formation, ces galaxies auraient évolué calmement et de façon isolée, tels les univers-îles de Kant. C'est précisément cette vision trop simple que les observations récentes contribuent à remettre en cause en l'enrichissant.

Une équipe d'astronomes de l'Observatoire de Paris a trouvé que le gaz dans les galaxies spirales était deux fois moins riche en oxygène il y a 6 milliards d'années qu'aujourd'hui. Cette augmentation de la quantité de métaux avec le temps était attendue: les étoiles massives produisent les éléments plus lourds que l'Hélium qu'elles libèrent dans le gaz environnant à leur fin de vie. Cependant, le gaz s'est enrichi en métaux beaucoup plus rapidement que ce qui est prévu si ces galaxies avaient évolué isolément. Les observations prédisent que près du tiers des étoiles des galaxies spirales actuelles se sont formées à partir du gaz en provenance d'une source extérieure.


Les galaxies ne sont donc pas des galaxies îles. Leur évolution est nourrie par l'interaction avec leur environnement - interaction ou fusion avec d'autres galaxies, apport de gaz intergalactique ou expulsion d'une partie de leur gaz dans le milieu intergalactique - qui module la teneur en métaux de leur gaz. Ce résultat est en accord avec le scénario de formation hiérarchique des galaxies établi par les cosmologistes: les grandes galaxies se sont formées à partir de fusions successives de petites galaxies.