Hubble découvre une galaxie morte trop tôt et qui défie l’astrophysique

Les galaxies en forme de disque sont connues pour être des lieux de formation d’étoiles au contraire des galaxies elliptiques dominées par une population d’étoiles âgées et dont les réserves de gaz sont épuisées. Pourtant, au grand étonnement des astronomes, une jeune galaxie en forme de disque a un contenu similaire à celui d’une vieille galaxie elliptique. Une observation réalisée par Hubble qui ne cadre pas avec les modèles astrophysiques classiques de l’évolution des galaxies.

Il y a un peu moins d’un siècle, Edwin Hubble et quelques-uns de ses collègues nous ont ouvert les portes d’un nouveau territoire, celui du royaume des nébuleuses. Nous avons fait des progrès très significatifs dans son exploration mais force est de constater que le monde des galaxies et des amas de galaxies contient encore bien des zones d’ombres. À commencer par celles qui sont du ressort des énigmes de la matière noire et de l’énergie noire.

Hubble avait en son temps proposé une classification des galaxies. Certains, mais pas lui, y voyaient les indices d’une évolution de ces structures cosmiques qui peuvent contenir des milliards d’étoiles. En gros, trois grands types pouvaient être distingués : celles en forme de disque (qui peuvent contenir ou non des bras spiraux et qui sont lenticulaires ou spirales), les elliptiques et les irrégulières.

Les astronomes ont d’abord cru que les galaxies débutaient leur vie sous forme elliptique pour ensuite devenir des spirales. Mais au fur et à mesure que leurs caractéristiques ont été mieux comprises et que les images de ces astres sont devenues plus nombreuses et mieux résolues, cette interprétation a été renversée.

Voie lactée & MACS2129-1

Sur cette vue d’artiste, la Voie lactée est comparée à MACS2129-1 qui, bien que deux fois plus petite, contiendrait trois fois plus de masse. Étrangement, MACS2129-1 n’est plus un lieu de formation de jeunes étoiles bleues. (Source : NASA/ESA)

En effet, il est apparu que les galaxies elliptiques sont pauvres en gaz et en poussières et se composent généralement d’étoiles âgées. Les spirales en sont quant à elles beaucoup plus pourvues et présentent un mélange de population d’étoiles jeunes et âgées. Les images des galaxies irrégulières ont révélé qu’elles étaient, parfois, clairement associées à des collisions de galaxies en cours, avec des forces de marée démantelant les étoiles sous forme d’arches de matière et de courants stellaires. De plus, les galaxies irrégulières sont assez riches en gaz, poussière et étoiles jeunes.

Il fut donc proposé que les galaxies elliptiques soient en réalité le produit final des collisions avec fusions de nombreuses galaxies spirales, qui seraient nées les premières. À chacune de ces coalescences, des flambées d’étoiles se produisent. Celles-ci consomment le gaz présent dans les galaxies jusqu’à ce qu’il n’en reste plus assez pour générer un nombre significatif de nouvelles étoiles.

MACS2129-1

Image de l’amas massif de galaxies jouant l’effet d’un télescope naturel. La galaxie distante « morte », de couleur rouge, est encadrée par un rectangle. (Source : NASA, ESA, University of Copenhagen, STScI, the CLASH team, Insu)

Or, voilà que des observations menées par une équipe internationale d’astronomes, dont certains sont membres de l’Irap, l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie à Toulouse, et du Cral, le Centre de recherche astrophysique de Lyon, viennent compliquer ce schéma, comme en témoigne un article disponible sur arXiv.

Les chercheurs se sont concentrés sur le cas de MACS2129-1, une galaxie lointaine dont des observations par effet de lentille gravitationnelle avaient été effectuées grâce au télescope Hubble dans le cadre du Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble (CLASH). Il a été possible d’en déduire des estimations concernant les masses des étoiles de cette galaxie ainsi que leurs âges et leur taux de formation. En les complétant par celles fournies par le VLT de l’ESO en ce qui concerne les vitesses des étoiles, on obtient une image surprenante.

Mieux résolue, elle montre que l’on est en présence d’une galaxie « morte » avec de relatives vieilles étoiles. Il ne s’en forme plus de nouvelles et sa rotation est presque deux fois plus rapide que celle de la Voie lactée, tout en étant trois fois plus massive. S’agit-il d’une galaxie elliptique ? Pas du tout. On est en présence d’un disque sans bras spiraux, deux fois plus petit que notre galaxie, et dont la formation stellaire s’est arrêtée, faute de gaz, seulement quelques milliards d’années après le Big Bang.

En fait, MACS2129-1 est observée alors que le cosmos n’était âgé que de trois milliards d’années. Cette jeune et massive galaxie est donc déjà morte avec son contenu similaire à celui d’une vieille galaxie elliptique.

Dans le cadre du modèle standard de l’évolution des galaxies en astrophysique, les chercheurs ont du mal à rendre compte de l’existence d’un pareil objet. Il y a, néanmoins, au moins une piste de recherche. On sait que les trous noirs supermassifs au centre des galaxies peuvent produire un souffle de rayonnement particulièrement puissant quand ils fonctionnent comme des quasars. Peut-être que celui qui doit se trouver au sein de MACS2129-1 a-t-il été tellement actif qu’il a éjecté tout le gaz disponible rapidement, entrainant ainsi la mort prématurée de cette jeune galaxie.

En tout état de cause, cette découverte « 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 » écrit le CNRS dans son communiqué.

Source : Futura-Sciences

Vous pouvez consulter, sur le site d’Archipel des sciences, l’exposition « Promenade spatiale au fil des ondes« , ainsi que la page Astronomie/Physique.

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