Une nouvelle carte retrace l’histoire mouvementée et violente de notre Voie lactée
Au cours de l’histoire de l’Univers, la Voie lactée n’a pas fait que naviguer sereinement dans l’espace intergalactique. C’est plutôt le contraire, en fait. Au cours des quelque 13,6 milliards d’années écoulées, elle est entrée en collision avec de multiples autres galaxies et les a absorbées.
Grâce à un travail minutieux, des astronomes dirigés par Khyati Malhan, de l’Institut Max Planck d’astronomie en Allemagne, ont cartographié six de ces anciennes fusions galactiques, dont cinq étaient déjà connues et une sixième qui vient d’être découverte. Les résultats permettront de mieux comprendre l’histoire, la croissance et l’évolution de notre galaxie, ainsi que l’origine des étoiles qu’elle contient.
Image d’entête : la Voie lactée et les courants stellaires (points colorés), les amas globulaires (symboles étoilés) et les galaxies naines (petits cubes) que Khyati Malhan et ses collègues ont analysés pour leur atlas des fusions de la Voie lactée. (S. Payne-Wardenaar/ K. Malhan, MPIA)
Selon les chercheurs dans leur étude :
L’atlas dynamique des fusions de la Voie lactée que nous présentons ici offre une vue globale de la formation des galaxies en action.
Ainsi, notre étude contribue aux premières étapes du détricotage de la construction hiérarchique complète de notre galaxie, et aussi à la compréhension de l’origine des amas globulaires et des courants stellaires du halo de la Voie lactée.
La Voie lactée n’est pas seulement constituée d’un disque plat d’étoiles gravitant autour d’un trou noir supermassif. Sa portée gravitationnelle est sphérique, un orbe qui non seulement s’étend au-dessus et au-dessous du plan galactique, mais encercle ce disque et ses alentours. Cette structure est appelée le halo galactique, et elle a été principalement formée par des fusions avec de multiples autres galaxies.
Pour comprendre son histoire, il faut faire un travail de détective innovant. Le premier obstacle à surmonter est qu’il est très difficile, dans l’espace, de savoir à quelle distance se trouvent les choses. Nous pouvons faire correspondre les étoiles à un axe X et Y, mais à moins de connaître la luminosité intrinsèque d’un objet, sa distance est plus difficile à déterminer. Jusqu’à récemment, cela rendait la distinction des groupes d’étoiles très difficile.
Lorsque la Voie lactée interagit avec une autre galaxie, les résultats ne se résument pas non plus à une nette subsomption. Les forces de marée (gravitationnelles) en jeu étirent l’autre galaxie, de sorte qu’elle forme ce que nous appelons un courant stellaire, une rivière d’étoiles qui sillonne le ciel, les entrailles d’une galaxie éventrée.
En outre, on pense souvent que les amas denses d’étoiles appelés amas globulaires et les galaxies satellites sont des vestiges de fusions galactiques, tapis dans le halo.
Ces dernières années, les astronomes ont identifié un plus grand nombre de ces courants dans le halo galactique grâce à un projet appelé Gaia. Le satellite Gaia utilise la parallaxe stellaire pour déterminer la position et le mouvement des étoiles de la Voie lactée dans l’espace tridimensionnel avec la plus grande précision possible. Les découvertes qu’il a permis de faire sont assez spectaculaires, notamment la fusion galactique Gaïa-Encelade qui a eu lieu il y a 9 milliards d’années.
La troisième publication anticipée des données Gaia a eu lieu en décembre 2020 et, plutôt que d’analyser manuellement les groupements d’étoiles, Malhan et ses collègues ont utilisé une procédure statistique qui a permis d’identifier si les groupes étaient liés ou non à une fusion galactique. Au total, l’équipe a inclus 170 amas globulaires, 41 courants stellaires et 46 galaxies satellites, et elle a attribué 62 de ces objets à six événements de fusion avec des galaxies plus petites.
Cette vidéo présente l’emplacement des amas globulaires, des courants stellaires et des fusions de galaxies tels qu’extraits des données GAIA EDR3. (S. Payne-Wardenaar / K. Malhan, MPIA)
Cinq d’entre elles étaient connues. Il s’agit de Gaïa-Encelade, comme mentionné précédemment, de la fusion de Cetus, de la fusion LMS-1/Wukong, découverte en 2020, de la galaxie Sequoia, qui a fusionné avec la Voie lactée il y a environ 9 milliards d’années, et de la galaxie naine du Sagittaire, qui a percé la Voie lactée à plusieurs reprises pendant des milliards d’années.
En outre, l’équipe a découvert une toute nouvelle fusion, qu’elle a baptisée Pontus. Nous ne savons pas encore grand-chose de Pontus, mais nous savons que les étoiles qui lui sont associées se déplacent très lentement, à contre-courant de la rotation principale de la Voie lactée. Selon les chercheurs, cela pourrait indiquer que la fusion a eu lieu très tôt dans l’histoire de notre galaxie, peut-être il y a 8 à 10 milliards d’années.
Ils ont également appris quelque chose de nouveau sur LMS-1/Wukong : trois des courants stellaires qui lui sont associés comportent certaines des plus anciennes étoiles de la Voie lactée. Cela suggère que la galaxie génitrice de ces étoiles s’est peut-être formée très tôt dans l’histoire de l’Univers, même si nous ne savons pas encore quand elle a fusionné avec la Voie lactée.
Il y a également des indices prometteurs d’autres fusions qui se cachent dans la Voie lactée. Le système automatisé a manqué deux fusions connues, dont celle du Kraken, et une analyse manuelle des données par l’équipe a suggéré qu’il y avait encore une autre fusion inconnue. Au moins quelques-uns des 195 objets restants pourraient être liés à ces fusions ou provenir de fusions plus petites qui ont laissé des traces plus petites.
Selon les chercheurs, la prochaine étape consistera à essayer de reconstituer une chronologie de toutes les fusions, ajoutant :
Avec une telle richesse d’informations, écrivent-ils, nous serons en mesure d’explorer l’aspect temporel de l’archéologie galactique en comprenant l’histoire « chronologique » des fusions de la Voie lactée.
L’étude publiée dans The Astrophysical Journal : The Global Dynamical Atlas of the Milky Way Mergers: Constraints from Gaia EDR3–based Orbits of Globular Clusters, Stellar Streams, and Satellite Galaxies et présentée sur le site de l’Institut Max Planck d’astronomie : Astronomers map the Milky Way’s intergalactic encounters, one merger at a time.