Voie lactée : l’archéologie galactique révèle les collisions du passé

L’archéologie galactique permet des découvertes étonnantes. Ainsi, des étoiles naines situées dans la Voie lactée seraient les vestiges d’anciennes collisions entre notre Galaxie et des galaxies naines comme celle du Sagittaire.

Les astrophysiciens spécialisés dans des problèmes de cosmogonie cherchent à comprendre l’origine et l’évolution des astres. L’un des premiers problèmes qu’ils aient tenté de résoudre au cours du XXe siècle est celui de l’origine du Système solaire (en se fondant sur les idées déjà avancées par Descartes, Kant et Laplace). Ils se sont ensuite attaqués à l’origine de la Voie lactée et, plus généralement, des galaxies. Les progrès sur tous ces fronts de la connaissance n’ont véritablement commencé à être rapides que depuis les années 1970, aussi bien avec la montée en puissance des ordinateurs qu’avec l’accroissement exponentiel des données observationnelles.

On sait que les collisions de planétésimaux et les perturbations gravitationnelles entre les protoplanètes puis les planètes ont joué un rôle majeur dans la naissance puis l’évolution du Système solaire. Aujourd’hui, les tailles et compositions des planètes et des autres petits corps célestes, mais surtout leurs paramètres orbitaux (qu’il s’agisse d’astéroïdes, de planètes naines ou de comètes), sont des indications précieuses pour comprendre la genèse et l’évolution du Système solaire, qui semblent avoir été marquées par des migrations planétaires. L’étude des populations de valeurs pour les distances au Soleil, les excentricités, les inclinaisons par rapport au plan invariant du Système solaire (ou plus exactement le plan de l’écliptique) permet d’avoir accès à une fabuleuse mémoire de l’histoire des planètes, qui est inscrite et conservée dans les orbites des corps célestes.

Ce rôle très important de la mécanique céleste pour la cosmogonie solaire se retrouve à l’échelle de la Voie lactée et des galaxies. Nous avons bien progressé depuis les travaux pionniers de Hubble dans l’exploration du royaume des nébuleuses. Nous voyons les galaxies entrer en interaction, se frôler en s’arrachant de gigantesques courants d’étoiles sous l’influence de leurs forces de marée réciproques et parfois entrer en collision jusqu’à la fusion. Cela nous a permis de comprendre qu’au moins un des processus de croissance des galaxies était similaire à celui des planètes, avec des phénomènes d’accrétion.

Collision galaxies NGC 2207 et IC 2163

Image obtenue par le télescope spatial Hubble montrant les galaxies NGC 2207 et IC 2163 en interaction gravitationnelle (Source : NASA).

Du point de vue de la mécanique céleste, les galaxies sont des sortes de gaz autogravitants d’étoiles que l’on peut décrire par la théorie cinétique des gaz mais qui se comportent aussi un peu comme des corps fluides. Ainsi, les bras et les barres des galaxies sont interprétés comme des équivalents des ondes et des vagues des océans qui concentrent les étoiles. Lorsqu’une petite galaxie entre en collision avec une grande galaxie, comme une spirale telle que la Voie lactée, elle peut y provoquer l’équivalent des ronds dans l’eau naissant de la chute d’une pierre dans une mare. En théorie, si l’on détermine assez précisément les positions et les vitesses d’une large population d’étoiles dans la Voie lactée, on peut donc en tirer des conclusions sur les évènements passés qui l’on affectée, en particulier certaines de ces collisions devraient laisser des traces dans les orbites des populations d’étoiles.

Les astronomes le savent bien, et cela fait un moment déjà qu’ils ont entrepris de faire de l’archéologie galactique avec la Voie lactée. On attend beaucoup des observations astrométriques des positions et vitesses des étoiles que permet le satellite Gaia. Mais on peut toujours faire des découvertes intéressantes avec des télescopes au sol.

En voici une nouvelle illustration avec un article déposé sur arXiv par une équipe d’astronomes états-uniens. Les chercheurs ont utilisé des données collectées à l’aide du fameux télescope du Sloan Digital Sky Survey (SDSS). En l’occurrence, la distribution spatiale d’environ 3,6 millions d’étoiles de type K et M, donc des naines respectivement orange et rouges, s’est révélée bavarde. Des zones de surdensité concentrique ont émergé de l’analyse de ces données, preuve de la présence d’impacts passés dans la « mare » galactique.

Selon les chercheurs, l’un de ces impacts pourrait bien avoir été causé par la collision survenue il y a environ 0,85 milliard d’années entre la Voie lactée et la galaxie naine du Sagittaire. Il s’agit d’une galaxie satellite de la Voie lactée d’environ 10.000 années-lumière de diamètre et qui se trouve actuellement à 80.000 années-lumière de la Terre, sur une orbite polaire à environ 50.000 années-lumière du centre de la Voie lactée. La nature de cette galaxie fait encore l’objet de nombreux débats car on ne sait pas très bien s’il s’agit d’une galaxie elliptique ou d’une galaxie sphéroïdale. Des simulations suggèrent qu’elle est à l’origine des bras de la Voie lactée. Ses forces de marée auraient excité les modes des ondes à l’origine de ces concentrations d’étoiles lors de son précédent passage à travers notre Galaxie. En tout état de cause, la galaxie du Sagittaire semble à l’agonie, lentement démantelée par les forces de marée de la Voie lactée.

Source : Futura-Sciences

Vous pouvez consulter, sur le site d’Archipel des Sciences, les expositions « Initiation à l’astronomie » et « Promenade spatiale au fil des ondes« , ainsi que la page Astronomie/Physique.

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