Exemple de formation de galaxies obtenue avec le modèle numérique. A droite deux des galaxies du modèle : celle du haut présente un disque de gaz froid, avec la formation d'étoiles au centre de la galaxie; la galaxie en bas subit une fusion avec une autre galaxie. © LERMA. OP.[...]
Exemple de formation de galaxies obtenue avec le modèle numérique.

A droite deux des galaxies du modèle : celle du haut présente un disque de gaz froid, avec la formation d'étoiles au centre de la galaxie; la galaxie en bas subit une fusion avec [...]
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Une méthode numérique multi-zoom pour étudier la formation des galaxies

Univers

Exemple de formation de galaxies obtenue avec le modèle numérique. A droite deux des galaxies du modèle : celle du haut présente un disque de gaz froid, avec la formation d'étoiles au centre de la galaxie; la galaxie en bas subit une fusion avec une autre galaxie. © LERMA. OP.
Lors de sa croissance, une galaxie absorbe la matière qui l'environne par attraction gravitationnelle. Ce processus peut se dérouler, soit avec des à-coups par la fusion avec une galaxie voisine, soit en douceur avec l'accrétion lente du milieu intergalactique diffus. Des chercheurs du LERMA (CNRS - Observatoire de Paris) ont développé un méthode de simulation numérique à grande dynamique d'échelle. Cette nouvelle méthode numérique, montre que l'accrétion de gaz domine sur les fusions dans la formation des galaxies. Cette accrétion n'est pas isotrope et est prédominante dans le plan galactique, et dans ce cas, l'accrétion du gaz est plus favorable à la formation des galaxies que l'accrétion de la matière noire.

Pour étudier l'accrétion, une large gamme d'échelles doit être prise en compte : de moins de 3 000 années-lumière, pour distinguer entre accrétion du milieu diffus et fusion avec une galaxie naine, à quelques 30 millions d'années-lumière pour que le cube simulé représente une fraction représentative de l'Univers et que les résultats ne soient pas biaisés par les conditions périodiques imposées au système. Dans ce but, a été développée la technique numérique N-corps dite "multi-zoom" pour couvrir la gamme d'échelles requise avec des moyens de calcul raisonnables. Les résultats de cette technique sont illustrés sur la Figure 1. Le principe est de réaliser successivement, une série de simulations dans des boites dont la taille est divisée par 2 à chaque étape, en augmentant d'un facteur 8 la résolution en masse à chaque fois. La méthode multi-zoom est couplée à un code de dynamique N-corps prenant en compte la matière noire, deux phases de gaz (chaud-diffus et froid à structure fractale) et une phase stellaire, ainsi que les échanges de matière et d'énergie entre ces phases. Le calcul des interactions gravitationnelles, de la formation d'étoiles, du chauffage/refroidisse- ment du gaz, permet une étude détaillée de l'accrétion de gaz sur la formation des galaxies.

En zoomant sur 4 niveaux dans différentes régions de la boite de simulation initiale (60 millions d'années-lumière) 10 galaxies ont pu être isolées, contenant de 3,7 1010 à 1,9 1012 masses solaires. La croissance de ces galaxies a été suivie pas à pas, ce qui a permis de montrer que l'accrétion apporte une plus grande fraction de la masse finale (45% à 95% suivant les cas) que les fusions avec d'autres galaxies. Le taux d'accrétion, de 1 à 100 masses solaires par an est comparable au taux de formation d'étoiles : l'accrétion remplit le réservoir de gaz froid galactique qui nourrit la formation stellaire. Enfin des cartes d'accrétion pour chaque galaxie ont pu être tracées en coordonnées galactocentriques. L'accrétion n'est pas isotrope, elle est prédominante dans le plan galactique si l'on se situe entre 150 et 300 000 années-lumière du centre galactique. Cette prédominance est plus marquée pour l'accrétion du gaz que pour celle de la matière noire. Cette directivité de l'accrétion aurait une conséquence sur le taux de rotation et la taille des disques.

Pour en savoir plus

Lien vers le site de l'Académie des Sciences

Sources

 

B. Semelin and F. Combes. "New multi-zoom method for N-body simulations: application to galaxy growth by accretion". Astronomy and Astrophysics, 441, (2005), 55-67.

Contact

Benoît Semelin
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