Des images du VLA dévoilent des mystères galactiques

Des astronomes ont produit une mine d'or scientifique d'images détaillées et de haute qualité de galaxies proches qui révèlent de nouveaux éléments importants sur de nombreux aspects des galaxies, y compris sur leurs structures complexes, sur la façon dont les étoiles se forment, sur les mouvements du gaz dans les galaxies, sur la relation entre la matière "normale" et la matière "noire" invisible, ainsi que sur beaucoup d'autres sujets.


Une équipe internationale de scientifiques a utilisé plus de 500 heures d'observations effectuées avec le radiotélescope VLA (Very Large Array) de la NSF (National Science Foundation) pour produire un jeu d'images détaillées de 34 galaxies situées à des distances de 6 à 50 millions d'années-lumière de la Terre. Leur projet, appelé THINGS (The HI Nearby Galaxy Survey), a demandé deux ans pour produire presque un téraoctet des données. HI ("H-un") est un terme astronomique utilisé pour le gaz d'hydrogène atomique. Les astronomes ont présenté leurs premiers résultats à la réunion de l'American Astronomical Society (AAS) à Austin, Texas.

"Etudier les ondes radio émises par le gaz d'hydrogène atomique dans les galaxies est une manière extrêmement puissante d'apprendre ce qui se passe dans les galaxies proches. L'étude THINGS utilise cet outil pour fournir des images de qualité et de sensibilité les plus élevées pour un échantillon substantiel de galaxies de différents types," commente Fabian Walter (Max-Planck Institute for Astronomy à Heidelberg en Allemagne).


La plupart des galaxies étudiées dans l'étude THINGS ont également été observées à d'autres longueurs d'onde, incluant les images infrarouges du télescope spatial Spitzer et les images dans l'ultraviolet de GALEX. Cette combinaison fournit une ressource sans précédent pour dénouer le mystère sur la manière dont le matériel gazeux d'une galaxie influence son évolution globale.

L'analyse des données de THINGS a déjà rapporté de nombreux profits scientifiques. Par exemple, une étude a éclairé les astronomes sur le seuil de densité en gaz nécessaire pour démarrer le processus de formation d'étoiles. "Utiliser les données de THINGS en combinaison avec les observations des télescopes spatiaux nous a permis d'étudier comment les processus menant à la formation d'étoile diffèrent dans les grandes galaxies en spirale comme la nôtre et les galaxies naines beaucoup plus petites," commentent Adam Leroy et Frank Bigiel du Max-Planck Insitute for Astronomy.


Comme l'hydrogène atomique émet des ondes radio à une fréquence spécifique, les astronomes peuvent mesurer les mouvements du gaz en analysant l'effet Doppler dans la fréquence provoquée par ces mouvements. "Les images de THINGS étant fortement détaillées, nous avons pu mesurer le mouvement de rotation des galaxies et des mouvements aléatoires non circulaires dans les galaxies," ajoute Erwin de Blok (University of Cape Town, Afrique du Sud).

Les mesures de mouvement fournissent de nouvelles informations sur la mystérieuse et invisible matière noire dans les galaxies. "Les mouvements non circulaires révélés par les observations de THINGS s'avèrent être trop petits pour résoudre un vieux problème en cosmologie, à savoir l'incapacité des simulations numériques de décrire la distribution de la matière noire dans les galaxies en disque. On avait pensé que des mouvements aléatoires pourraient expliquer cette incapacité, mais nos données montrent que ce n'est pas le cas," explique de Blok.

Les images de THINGS ont révélé ce que Elias Brinks (University of Hertfordshire, Royaume-Uni) appelle la "complexité étonnante des structures dans le milieu interstellaire ténu des galaxies". Ces structures incluent de grandes enveloppes et des "bulles", vraisemblablement causées par de multiples explosions d'étoiles massives en supernovae. Analyser le détail de ces structures complexes aidera les astronomes à mieux comprendre les différences dans les processus de formation d'étoiles dans les divers types de galaxies.

Même une question aussi simple que celle de connaître la taille des disques de gaz dans les galaxies en spirale avait été auparavant en grande partie éludée par les astronomes. "La qualité et la sensibilité des images de THINGS nous a permis de voir les bords réels de ces disques dans un grand échantillon de galaxies," note Brinks.


La nouvelle étude a également montré une différence fondamentale entre les galaxies proches (appartenant à l'Univers "actuel"), et des galaxies bien plus lointaines, observées telles qu'elles étaient quand l'Univers était beaucoup plus jeune. "Il s'avère que le gaz des galaxies de l'Univers primordial est beaucoup plus "excité", probablement parce que les galaxies entraient alors en collision plus fréquemment et que la formation d'étoiles était plus intense et provoquait des flux de matières et des vents stellaires," explique Martin Zwaan (European Southern Observatory).

Ces découvertes, prévoient les scientifiques, sont seulement le sommet de l'iceberg. "Cette étude a généré une énorme quantité de données, et nous n'avons analysé jusqu'ici qu'une petite partie. Les travaux à venir nous en apprendront beaucoup plus sur les galaxies et sur leur évolution. Nous nous attendons à des surprises," ajoute Walter. En complément à leurs présentations faites lors de la réunion de l'AAS à Austin, les membres de l'équipe de THINGS ont également soumis une série d'articles scientifiques à Astronomical Journal.