La collision et la fusion de galaxies n’est pas un événement rare à l’échelle cosmologique. Mais lorsque ce phénomène pourrait impliquer plus d’une dizaine de galaxies, il retient nécessairement l’attention des astrophysiciens. Une équipe de scientifiques a en effet découvert un regroupement de 14 galaxies anciennes dont la fusion pourrait former la structure la plus massive de l’univers connu. 

À 12.4 milliards d’années-lumière de la Terre, se trouve un groupe compact de galaxies formées seulement peu de temps après le Big Bang. Encore au stade de « proto-amas », cette concentration de galaxies en interaction et fusion devrait conduire à la formation d’un amas extrêmement dense, gravitationnellement lié par la matière noire, une sorte de « méga-fusion » (selon les propos de l’ESO) pour finir par former un noyau galactique gigantesque. « Avoir observé un amas galactique en formation est tout à fait spectaculaire » confie Scott Chapman, astrophysicien à l’université de Dalhousie. « Mais le fait que cela se soit produit aussi tôt dans l’univers défie nos connaissances actuelles sur la formation des structures cosmologiques ».

SPT234956

Le proto-amas SPT2349-56, observé ici par l’ALMA, est composé de 14 galaxies en interaction et fusion, formant un groupe compact et dense. Crédits : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF

Il est nommé SPT2349-56, possède un diamètre de 130 Kpc et chacune de ses galaxies, au nombre de 14, forme des étoiles à un taux 50 à 1000 fois supérieur à celui de la Voie lactée. Il avait initialement été détecté par le South Pole Telescope (Antarctique) et par le télescope spatial infrarouge Herschel en 2010. Mais la faible résolution de ces instruments n’avait alors permis aux scientifiques de ne voir que des taches lumineuses. Ce n’est qu’en utilisant par la suite l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) et l’Atacama Pathfinder Experiment (APEX) situés au Chili, qu’une équipe d’astrophysiciens dirigée par Tim Miller (université de Dalhousie) a pu distinctement observer SPT2349-56.

Mais la découverte ne s’arrête pas là. En effet, grâce aux mêmes instruments, une autre équipe dirigée par Iván Oteo (université d’Édimbourg) a identifié un second proto-amas. Surnommé Dusty Red Core (DRC, ou Noyau Rouge Poussiéreux), il est composé de 10 galaxies également à forte génération d’étoiles. L’adjectif « rouge » provient ici du fait que les galaxies du DRC apparaissent rouges aux observations combinées d’ALMA et d’APEX.

spt alma apex

Trois observations différentes du proto-amas SPT2349-56. À gauche, une observation effectuée par le South Pole Telescope, révélant juste une tache lumineuse. Au centre, une observation effectuée par APEX et révélant plus de détails. À droite, une observation effectuée par ALMA révélant précisément les 14 galaxies. Crédits : ESO/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Miller & al

Cependant, l’existence même de ces deux proto-amas est une véritable énigme. En effet, le haut taux de production d’étoiles devrait consumer très rapidement la matière (gaz et poussières) dont sont constituées les galaxies, et celles-ci devraient donc disparaître relativement vite. « La durée de vie des galaxies à haut rendement d’étoiles est connue pour être relativement courte car elles consument leur gaz à une vitesse extraordinaire » explique Oteo. « N’importe où et n’importe quand dans l’univers, ces galaxies sont normalement minoritaires. Donc observer autant de ces galaxies briller en même temps est une véritable énigme qu’il va nous falloir résoudre ».

La mesure de dispersion des vitesse des galaxies de SPT2349-56 (environ 410 km/s) ainsi que la densité de gaz et d’étoiles en formation de celles-ci indiquent que ce système constitue le noyau d’un amas galactique qui présentait déjà un stade de formation avancée seulement 1.4 milliards d’années après le Big Bang. « Comment cet assemblage de galaxies s’est développé aussi rapidement est un mystère » explique Tim Miller (université de Yale). « Il ne s’est pas construit graduellement sur plusieurs milliards d’années comme les astrophysiciens pourraient s’y attendre. Cette découverte offre l’incroyable opportunité d’étudier la manière dont des galaxies massives se lient pour former des amas galactiques ».

D’après les simulations effectuées par les chercheurs, au regard de la structure de SPT2349-56 tel qu’il était il y a 12.4 milliards d’années (pour rappel, les observations effectuées par les télescopes ne donnent pas une image actuelle des objets, à cause de la vitesse finie de la lumière dans le vide), ses galaxies s’apprêtaient à entrer en collision et fusionner, afin de former un noyau galactique gigantesque. Selon les auteurs, cette structure pourrait constituer l’une des structures les plus massives de l’univers connu.

Cette vidéo présente une vue d’artiste d’un proto-amas sur le point d’entrer en « méga-fusion » :

D’après les astrophysiciens, ces deux proto-amas ne sont que les ambassadeurs de plusieurs autres, dispersés aux quatre coins de l’univers et qui n’ont pas encore été détectés. « Ces découvertes réalisées par ALMA ne sont que le sommet de l’iceberg. Des observations supplémentaires effectuées par le télescope APEX indiquent que le véritable nombre de galaxies à haut taux de formation d’étoiles est probablement trois fois plus élevé. Des observations en cours grâce à l’instrument MUSE du VLT identifient également plusieurs autres galaxies », conclut Carlos De Breuck, astronome à l’European Southern Observatory (ESO).

Sources : ESO (1, 2)

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