Notre galaxie aurait commencé son histoire sous une forme bien plus morcelée que son disque actuel.
Une équipe de chercheurs menée par Harley Katz a utilisé les données du projet MEGATRON, une simulation cosmologique, pour suivre une région destinée à former une galaxie comparable à la Voie lactée. Le calcul commence environ 180 millions d’années après le Big Bang et suit près de deux milliards d’années d’évolution.
Vue d’artiste de la Voie lactée montrant son disque et sa barre centrale.
Crédit : NASA/JPL-Caltech/R. Hurt — domaine public.
Le modèle fait évoluer la gravité, le gaz, le rayonnement et la chimie selon les lois physiques retenues. Les chercheurs vérifient ensuite si le résultat ressemble aux galaxies réellement observées.
Au début, la région simulée rassemble des milliers de petits systèmes galactiques. Certains fabriquent rapidement des étoiles, d’autres en ont très peu, et certains sont surtout constitués de gaz.
Au fil du temps, ces petits systèmes se rapprochent et fusionnent. Une galaxie beaucoup plus massive prend progressivement forme. Environ 12 milliards d’années avant aujourd’hui, le modèle peut déjà faire apparaître un disque en rotation, malgré les collisions encore fréquentes entre galaxies.
MEGATRON prévoit aussi des objets étonnants : des galaxies sans étoiles visibles qui peuvent malgré tout émettre de la lumière. Leur gaz peut rayonner après la disparition d’anciennes étoiles, ou avant même qu’une population stellaire durable se soit formée.
Le modèle calcule directement ce que ces jeunes galaxies donneraient vues par des télescopes comme Hubble ou James Webb. L’étude principale rassemble plus de 175 000 spectres simulés. Un spectre répartit la lumière selon sa longueur d’onde et renseigne sur le gaz et les étoiles.
Ces résultats restent ceux d’un modèle, pas la preuve que notre galaxie a suivi exactement cette histoire. Certaines hypothèses sur les étoiles et leur production d’éléments limitent encore les calculs. La comparaison avec les observations pourrait permettre justement de repérer ce qui manque.
Le projet MEGATRON doit se poursuivre jusqu’en 2030. Il est prévu qu’une nouvelle génération de simulations exploite 40 millions d’heures de calcul sur des superordinateurs britanniques. Ceci servira à augmenter la précision et à confronter davantage ces scénarios aux données de James Webb et aux étoiles anciennes de notre voisinage.