Les multiples visages des galaxies actuelles : leurs morphologies racontent leur évolution

Il y a environ un siècle, les astronomes commencèrent à classer systématiquement les galaxies selon leurs formes et des détails qu'elles contiennent à partir de leurs images sur des plaques photographiques. Les astronomes découvrirent alors que les galaxies semblaient s’ordonner selon une séquence de morphologie, appelée "séquence de Hubble". Mais pendant de nombreuses décennies, on ne savait pas si cet ordre reflétait le stade d'évolution des galaxies. Grace à une nouvelle analyse des images numériques de 4458 galaxies prochesissues du relevé Sloan Digital Sky Survey (SDSS), une thèse de Sorbonne Université et d’un laboratoire CNRS-INSU (voir encadré) apporte aujourd'hui une réponse décisive.

Cette étude combine des données d’EFIGIprojet "Extraction de formes idéalisées de galaxies en imagerie" (EFIGI) mené à l'Institut d’astrophysique de Paris (IAP). avec celles obtenues dans l'ultraviolet par le satellite Galaxy Evolution Explorer (GALEX) afin d’estimer, par leurs couleurs, à quel rythme les différentes galaxies forment des étoiles. Les profils de lumière, mesurés avec fiabilité et précision grâce au nouveau logiciel SourceXtractor++, développé pour analyser les futures images du télescope spatial Euclid (lancement prévu en 2023), fournissent les masses en étoiles et les concentrations de lumière des galaxies de tous les types connus. Les résultats obtenus suggèrent que la séquence de Hubble est une séquence évolutive inversée (cf. figure) : les galaxies évoluent depuis les irrégulières (galaxies naines analogues aux nuages ​​de Magellan), en spirales (analogues à la Voie Lactée et à la galaxie d'Andromède), pour aboutir à des galaxies lenticulaires et elliptiques (qui ne forment que peu ou plus d'étoiles, et font partie des galaxies les plus massives). Les fusions de galaxies jouent un rôle majeur dans ce scénario évolutif en expliquant l'augmentation de masse depuis les irrégulières jusqu’aux elliptiques, ainsi que la transformation de leurs morphologies, et notamment l'accumulation d'étoiles au centre des galaxies spirales et lenticulaires. Les transformations de couleur et de morphologie s'intensifient à des masses de galaxies d’environ 100 milliards de masses du soleil, mais ne peuvent s'effectuer conjointement que sur de longues échelles de temps astronomiques, de l'ordre du milliard d'années ou plus, pendant lesquelles la formation des étoiles décline inexorablement. Ces résultats illustrent comment l'étude de l’Univers actuel fournit des détails cruciaux pour comprendre l'évolution des galaxies au cours du temps cosmique.