Une galaxie à disque massive qui ne forme plus d’étoiles défie notre vision de l’évolution des galaxies

Mercredi, 21 juin 2017

Une galaxie à disque jeune, compacte et « morte » surprend les astronomes, et nous en apprend d’avantage sur la formation des galaxies elliptiques.

En combinant la puissance d’une lentille « naturelle » dans l’espace avec celle du télescope spatial Hubble, des astronomes de plusieurs laboratoires internationaux (dont l’institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) à Toulouse (Université Toulouse 3 Paul Sabatier/CNRS) et le Centre de Recherche Astrophysique (CRAL) de Lyon (Univesité Claude Bernard Lyon 1/ENS Lyon/CNRS) ) ont fait une découverte surprenante – le premier exemple d’une galaxie compacte, en forme de disque en rotation, qui a arrêté de former des étoiles quelques milliards d’années seulement après le Big Bang. On parle alors de galaxie « morte » car elle ne fabrique plus de nouvelles étoiles. Le fait de trouver une galaxie en forme de crêpe – ressemblant  physiquement à la Voie Lactée – morte aussi prématurément  dans l’histoire de l’Univers bouleverse notre compréhension de la formation et de l’évolution des galaxies massives. En effet l’Univers à cette époque était rempli de gaz et était au maximum de son histoire de formation stellaire.

La théorie dominante pour expliquer un tel arrêt de la formation d’étoiles est la fusion de galaxies. Cette fusion formerait des galaxies plus massives, elliptiques et mortes. C’était jusqu’alors ce qui était le plus compatible avec les observations.


Image globale de l’amas de galaxies massif jouant l’effet d’un télescope naturel. La galaxie distante ‘morte’, de couleur rouge, est encadrée par un rectangle. / Crédits: ESO

L’idée que des galaxies puissent mourir avant de subir un scénario de fusion semblait inenvisageable d’un point de vue théorique. L’équipe de chercheurs a étudié des galaxies de l’Univers jeune et donc lointain pour confirmer les théories. Pour pouvoir observer aussi loin, il est nécessaire d’utiliser des télescopes encore plus puissants que ceux actuellement disponibles sur Terre et dans l’Espace. Le phénomène connu sous le nom d’effet de « lentilles gravitationnelles » causé par des amas de galaxies, permet d’obtenir le même effet que les télescopes. Il amplifie et étire les images des galaxies distantes près d’un amas de galaxies massifs. L’utilisation de ces « télescopes naturels » a permis aux scientifiques d’étudier en détail une de ces galaxies mortes. Alors qu’ils s’attendaient à voir un ensemble chaotique d’étoiles formées par des fusions de galaxies (comme dans une galaxie elliptique),  contre toute attente ils ont vu une distribution d’étoiles en forme de disque en rotation. Cette galaxie est trois fois plus massive que notre Voie Lactée mais ne possède que la moitié de sa taille. Des mesures de vitesse de rotation prises au Very Large Telescope (VLT) de l’observatoire Européen Austral (ESO) montrent que ce disque tourne deux fois plus vite que la Voie Lactée.

C’est une preuve observationnelle qu’au moins une fraction des toutes premières galaxies « mortes » ont dû fortement évoluer, modifiant non seulement leur structure mais les mouvements de leurs étoiles, pour aboutir aux galaxies géantes elliptiques observées actuellement. Les astronomes ont pu voir que la formation d’étoiles s’est arrêtée d’abord au centre de la galaxie puis progressivement vers l’extérieur. La raison de cet arrêt de formation d’étoiles n’est pas connue, et peut venir d’un noyau actif de galaxie au cœur, dont la source d’énergie est un trou noir supermassif qui inhibe la formation d’étoiles. Ou alors, il peut provenir du chauffage du gaz qui se dirige vers le cœur de la galaxie, l’empêchant  de l’atteindre et le transformant en des nuages de gaz moléculaire denses.


En haut et en bas, au centre : spectre de la galaxie obtenu avec le Very Large Telescope et montrant les signatures de l’hydrogène dues aux nombreuses étoiles en rotation. En bas à gauche : observation de la galaxie distante avec le télescope Hubble. En bas à droite : reconstruction de l’image réelle de la galaxie après correction de l’effet de lentille gravitationnelle. / Crédits: NASA/ESA

Cette nouvelle découverte pourrait forcer la communauté scientifique à revoir en partie leur vision de l’évolution des galaxies. Comment les galaxies jeunes, massives, compactes, évoluent vers des galaxies elliptiques ? Probablement par un grand nombre de fusions. Si ces galaxies fusionnent avec des compagnons moins massifs en très grand nombre et provenant de toutes les directions, ou subissent une fusion majeure, cela désordonnerait les orbites des étoiles dans les galaxies.

Source(s): 

Sune Toft, Johannes Zabl, Johan Richard, Anna Gallazzi, Stefano Zibetti, Moire Prescott, Claudio Grillo, Allison W. S. Man, Nicholas Y. Lee, Carlos Gómez-Guijarro, Mikkel Stockmann, Georgios Magdis & Charles L. Steinhardt, A massive, dead disk galaxy in the early Universe. Nature 546, 510–513, Juin 2017. doi:10.1038/nature22388

Contact(s):
  • Johan Richard, CRAL - Observatoire de Lyon (CNRS/Université Claude Bernard/ENS Lyon)
    johan [dot] richard [at] univ-lyon1 [dot] fr, +33478868381

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