Un astronome du Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CNRS, Université de Lyon I, Ecole Normale Supérieure de Lyon), explique la répartition des étoiles jeunes dans les galaxies spirales barrées à l’aide de simulations numériques. Celles-ci prennent en compte les effets de la gravitation, de l’évolution chimique et de la formation stellaire.
Dans les galaxies spirales barrées, la barre joue un rôle important en concentrant, au centre et en son long, la matière qui donnera naissance à de nouvelles générations d’étoiles. La présence d’un grand nombre d’étoiles jeunes dans la partie centrale et dans l’extrémité de la barre des galaxies spirales barrées s’explique par leurs orbites. Elles sont circulaires au centre et de ce fait les étoiles jeunes sont confinées dans cette zone. Elles sont elliptiques au niveau de la barre, l’apocentre se situant à l’une des extrémités de la barre là où les étoiles jeunes passent une grande partie de leurs temps du fait de leurs vitesses orbitales très faibles.
La galaxie spirale barrée NGC 7424
Dater l'âge des populations stellaires dans une galaxie permet de reconstruire l'histoire de sa formation stellaire et de son évolution chimique. Mais l'histoire d'une galaxie ne se résume pas simplement à celle des populations stellaires qui la composent. L'assemblage de la masse visible est un processus dynamique long et complexe faisant intervenir dans des proportions variables les fusions avec d'autres galaxies, l'accrétion du gaz intergalactique et l'évolution séculaire interne sous l'effet d'instabilités gravitationnelles. Ces histoires sont extrêmement difficiles à séparer car les phénomènes physiques à leur origine sont intimement liés.
Les galaxies barrées, qui représentent plus de 75% des galaxies à disque dans l'Univers, sont un exemple de tels systèmes complexes. Une barre stellaire a un effet dramatique sur l'évolution d'une galaxie. Elle accélère la concentration du gaz du milieu interstellaire dans les régions centrales, provoquent des régions de chocs et, surtout, réorganise la distribution des étoiles et de la masse en général.
Depuis plusieurs années, ces phénomènes sont étudiés à l'aide de simulations numériques qui couplent les effets de la gravitation, de l'évolution chimique et de la formation stellaire. Ces simulations modélisent, à l'aide de particules, la dynamique des étoiles et du gaz. De plus, en fonction de critères standard sur les propriétés du gaz, elles déclenchent la formation de nouvelles particules qui représentent les nouvelles générations d'étoiles. Connaissant alors l'âge et la métallicité de ces nouvelles populations d'étoiles, il est possible de leur assigner un rapport masse/luminosité pour différentes couleurs et ainsi fabriquer des pseudo-images en tous points comparables aux observations.
De récentes observations ont montré la présence dans des galaxies barrées de populations stellaires plus jeunes aux extrémités de la barre et dans la région centrale, de diamètre typique inférieur au kiloparcsec (1 kpc = 3 260 années-lumière).
Un astronome du Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (UMR CNRS, Université de Lyon I, Ecole Normale Supérieure de Lyon) vient de confirmer et d’expliquer ces observations à l’aide de simulations numériques qu’il a développées.
Les étoiles, qui se forment à partir du gaz qui s'accumule dans la région centrale, restent confinées dans cette région car les orbites sur lesquelles elles se déplacent occupent une zone sphérique autour du noyau. De même les extrémités des barres semblent en moyenne plus jeunes pour une cause tout autant dynamique. En effet, les étoiles qui se forment dans le gaz lors de son trajet dans la barre sont essentiellement piégées sur des orbites qui ont, en moyenne, un mouvement elliptique. A cause de ce mouvement, elles passent une grande partie du temps à leur apocentre (distance maximale par rapport au foyer), dans des régions proches des extrémités de la barre, là où leur vitesse s'annule. En régime quasi-stationnaire, ceci provoque une accumulation de masse qui apparaît comme plus jeune que les autres régions de la barre. L'effet est accentué lorsqu'on prend en compte le rapport masse/luminosité des populations stellaires.
La répartition des étoiles jeunes au centre et le long de la barre
d'une galaxie spirale barrée obtenue avec le programme de simulation numérique.
Les couleurs du vert au bleu indiquent l'augmentation de densité des étoiles jeunes,
que l'on retrouve bien au centre de la barre et à ses deux extrémités
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