L'origine des galaxies spirales actuelles

Publié par Michel le 06/02/2010 à 00:00
Source: Observatoire de Paris
Illustrations: Voir les légendes
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En utilisant les données du télescope spatial Hubble NASA-ESA, une équipe européenne d'astronomes incluant six chercheurs de l'Observatoire de Paris et du CNRS a pour la première fois établi un recensement exhaustif des galaxies, par type morphologique, depuis l'époque actuelle jusqu'à une période se situant avant la formation du système solaire. Ils démontrent que plus de la moitié des galaxies spirales actuelles avaient des formes particulièrement étranges, il y a 6 milliards d'années. Si ce résultat est confirmé cela implique que les phénomènes de collisions et de fusions entre galaxies jouent un grand rôle dans le passé récent de ces objets. Par contre, notre galaxie, la Voie lactée, aurait échappé à ces fusions durant les derniers milliards d'années.


Galaxies spirale (à gauche) et irrégulière (à droite) distantes d'environ 6 milliards d'années-lumière.
Dans le passé de l'Univers, les galaxies spirales étaient plus rares
et les galaxies irrégulières plus nombreuses qu'aujourd'hui.
(Crédits: R. Delgado-Serrano and F. Hammer (Observatoire de Paris), ESA, NASA, Sloan Digital Sky Survey)

L'étude de la formation des galaxies et de leur évolution morphologique est un sujet extrêmement débattu dans la communauté astronomique. Un outil important est la séquence de Hubble qui donne une classification des galaxies en fonction de leur morphologie. Cette classification a été proposée par Hubble dès 1926. C'est l'évolution de cette séquence morphologique qui est au cœur des débats.

Une équipe d'astronomes européens menés par François Hammer du laboratoire "Galaxies, Etoiles, Physique et Instrumentation" (GEPI, Observatoire de Paris, INSU-CNRS ; Université Paris Diderot) a pour la première fois étudié en parallèle la morphologie de 116 galaxies locales et de 148 galaxies éloignées, construisant ainsi deux séquences de Hubble, une actuelle et une il y a 6 milliards d'années. Cette démarche consistant à étudier les objets à deux époques différentes de l'histoire de l'Univers permet de mieux comprendre l'évolution des galaxies.

Contrairement à ce que l'on croyait, les astronomes démontrent que la séquence de Hubble il y a six milliards d'années est très différente de celle que nous connaissons aujourd'hui. "Il y a six milliards d'années, il y avait beaucoup plus de galaxies particulières que maintenant - un résultat très étonnant," dit Rodney Delgado-Serrano, co-auteur de l'article paru dans Astronomy and Astrophysics . "Ceci signifie qu'en six milliards d'années, ces galaxies particulières doivent se transformer en galaxies spirales, impliquant de profondes transformations à des époques relativement récentes."

Les astronomes pensent que ces galaxies particulières se sont transformées en galaxies spirales par collisions ou fusions. La découverte de l'histoire de la formation et de l'évolution des galaxies nous apporte des éléments essentiels pour comprendre notre Univers actuel. Les galaxies, dans leur schéma évolutif, ont connu des épisodes chaotiques. Ceci a donné lieu à des phénomènes de rencontres violentes entre galaxies, pouvant conduire à des fusions de galaxies, créant ainsi de nouvelles galaxies de plus en plus grandes.

On pensait auparavant que ces périodes de fusions se situaient bien plus tôt dans l'âge de l'Univers, c'est-à-dire il y a plus de 8 milliards d'années. Les nouvelles données font donc apparaître que les phénomènes de collisions et de fusions galactiques se sont déroulés bien plus récemment, il y a moins de 6 milliards d'années.

"Notre but est d'identifier le scénario reliant les galaxies ayant émis leurs lumières il y a 6 milliards d'années, aux galaxies actuelles ; pour cela il est indispensable de connaître très précisément les propriétés des galaxies aux deux époques échantillonnées.", dit F. Hammer.

En outre, contrairement à l'opinion très répandue que les fusions de galaxies entraine la formation de galaxies elliptiques, F. Hammer et son équipe développent un scénario qui conduit, à partir de la fusion de deux galaxies, à la création d'une galaxie spirale. Dans un précédent papier, publié dans Astronomy and Astrophysics, ils proposent que les galaxies particulières sont en train de subir des fusions, expliquant leurs formes étranges. Durant ce processus, ces galaxies, particulièrement riches en gaz, se transforment progressivement en grandes galaxies spirales avec un disque et un bulbe central.

Bien que notre propre Galaxie soit une galaxie spirale, il semble qu'elle ait, au cours de la plus grande partie de son histoire, évité les collisions violentes. Cependant, la grande galaxie Andromède notre proche voisine, n'a pas été aussi chanceuse et semble avoir subit des fusions importantes s'insérant donc assez bien dans le scénario proposé de construction des galaxies spirales.

F. Hammer et son équipe ont utilisé les données fournies par le Sloan Digital Sky Survey (Apache Point Observatory, USA) et les données du télescope spatial Hubble (NASA-ESA).


Image constituée par les photographies de galaxies réalisées avec le Télescope Spatial Hubble et le Sloan Digital Sky Survey.
Elles ont été mises dans l'ordre de classification de la séquence de Hubble (E: galaxies elliptiques ;
S0: galaxies lenticulaires ; Sa_b_c_d: galaxies spirales ; Pec: galaxies particulières).
Le schéma du haut présente les galaxies proches, dites de la séquence de Hubble "actuelle": 3% sont les elliptiques,
15% des lenticulaires, 72% des spirales, 10% des particulières.
Le schéma du dessous présente les galaxies distantes, dites de la séquence de Hubble du "passé".
Les galaxies particulières sont beaucoup plus nombreuses, 52%, tandis qu'il n'y a que 31% de spirales,
13% de lenticulaires et 4% d'elliptiques.
Cliquer sur l'image pour l'agrandir.
(Crédits: HST. SDSS. GEPI)


Pour plus d'informations

Les travaux sont présentés dans un article paru le 22 janvier 2010 dans la revue Astronomy & Astrophysics sous le titre: How was the Hubble Sequence, 6 Giga-years ago ?, R. Delgado-Serrano et al, 2010, A&A 509, A78.
Le document peut être téléchargé à l'adresse: http://arxiv.org/abs/0906.2805
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