Communiqué de presse

ALMA sonde l'origine tumultueuse des galaxies à disque

De nouvelles observations expliquent la raison pour laquelle les galaxies semblables à notre Voie Lactée sont si courantes dans l'Univers

17 septembre 2014

Des décennies durant, les scientifiques ont pensé que les fusions de galaxies se soldaient généralement par la formation de galaxies elliptiques. Toutefois, des chercheurs utilisant le réseau ALMA et de nombreux autres radiotélescopes viennent pour la première fois de démontrer que la fusion de galaxies conduit plutôt à la formation de galaxies à disque. Ce résultat pour le moins surprenant serait même très fréquent. Il pourrait expliquer la raison pour laquelle les galaxies spirales telle que la Voie Lactée sont si nombreuses dans l'Univers.

Une équipe internationale de chercheurs conduite par Junko Ueda, post-doctorant à la Société Japonaise de Promotion de la Science, a observé, avec étonnement, que la plupart des collisions de galaxies se produisant au sein de l'Univers proche – à une distance comprise entre 40 et 600 millions d'années lumière de la Terre – donnait lieu à la formation de galaxies à disque. Les galaxies à disque – parmi lesquelles figurent les galaxies spirales semblables à notre Voie Lactée ainsi que les galaxies lenticulaires – sont des objets constitués de gaz et de poussière, dont l'aspect évoque celui d'une crêpe. Elles diffèrent notablement des galaxies elliptiques.

Pendant quelque temps, il fut d'usage de considérer que la fusion de galaxies à disque donnait lieu à la formation de galaxies de forme elliptique. Au cours de ces violents processus de fusion et de cannibalisme réciproque, non seulement la masse, mais également l'aspect des galaxies varie, et cette lente évolution de leur forme s'accompagne d'un changement de type.

Des simulations informatiques datant des années 1970 prévoyaient que la fusion de deux galaxies à disque semblables se soldait par la formation d'une galaxie elliptique. Il s'ensuivait que la plupart des galaxies contemporaines devait arborer une forme elliptique. Ce résultat théorique se heurtait toutefois aux observations : 70% des galaxies observées sont dotées d'un disque en effet. Mais de plus récentes simulations ont suggéré que les collisions galactiques pouvaient également donner lieu à la formation de galaxies à disque.

Afin de déterminer, visuellement, l'aspect final des galaxies résultant d'un processus de fusion, l'équipe a étudié la distribution de gaz au sein de 37 galaxies achevant ce processus. Le Vaste Réseau d’Antennes (Sub-)Millimétrique de l'Atacama (ALMA) et de nombreux autres radiotélescopes [1] ont été utilisés pour observer l'émission de monoxyde de carbone (CO), un indicateur de présence de gaz moléculaire.

Le travail de recherche mené par cette équipe dépasse, par son ampleur, toute étude antérieure de la distribution de gaz moléculaire au sein des galaxies. Il offre, en outre, un aperçu unique du processus de formation de la Voie Lactée. Cette étude a ainsi révélé que la plupart des fusions se traduisent par une distribution de gaz moléculaire en forme de crêpe, et donc par la formation de galaxies à disque. Ueda de préciser : “Pour la première fois, nous disposons d'une preuve directe, observationnelle, que les fusions de galaxies donnent lieu à la formation de galaxies à disque, et non de galaxies elliptiques. Il s'agit là d'une belle avancée, inattendue, dans la compréhension de la formation des galaxies à disque.

Toutefois, il reste encore beaucoup à découvrir. Daisuke Iono, de la NAOJ et de l'Université Supérieure des Etudes Avancées, par ailleurs co-auteur de l'article, ajoute : “Nous devons à présent nous pencher sur la formation des étoiles au sein de ces disques de gaz. Il nous faut également scruter des tranches d'Univers plus lointain. Nous savons que la majorité des galaxies de l'Univers distant sont également dotées de disques. En revanche, nous ne savons pas si l'existence de ces disques résulte de fusions de galaxies ou de la chute progressive de gaz froid à l'intérieur des galaxies. Peut-être avons-nous découvert un processus à l'œuvre depuis les débuts de l'Univers”.

Notes

[1] Ces données ont été acquises par ALMA ; le réseau de radiotélescopes dédié à la recherche en astronomie millimétrique : un réseau millimétrique situé en Californie et constitué de 23 antennes paraboliques ; le Réseau Submillimétrique, un ensemble de huit antennes paraboliques installées sur le Maunea Kea à Hawaï ; l'Interféromètre du Plateau de Bure ; le radiotélescope de 45 mètres de l'Observatoire Radio de Nobeyama de la NOAJ ; le télescope de 12 mètres de l'Observatoire de RadioAstronomie National aux Etats-Unis ; le télescope de 14 mètres de l'Observatoire de RadioAstronomie des Cinq Collèges aux Etats-Unis ; le télescope de 30 mètres de l'IRAM ; et le Télescope Submillimétrique Suédois de l'ESO en complément.

Plus d'informations

Le Vaste Réseau d’Antennes (Sub-)Millimétrique de l'Atacama (ALMA), une installation astronomique internationale, est le fruit d'un partenariat entre l'Europe, l'Amérique du Nord et l'Asie de l'Est, en collaboration avec la République du Chili. ALMA est financé en Europe par l'Observatoire Européen Austral (ESO), en Amérique du Nord par la U.S. National Science Foundation (NSF) en coopération avec le National Research Council du Canada (NRC) et le National Science Council of Tawain (NSC) et en Asie de l'Est par les National Institutes of Natural Sciences (NINS) du Japon en coopération avec l'Academia Sinica (AS) de Taiwan. La construction et la gestion d'ALMA sont supervisées par l'ESO en Europe, par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dirigé par Associated Universities, Inc (AUI) en Amérique du Nord, et par le National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) pour l'Asie de l'Est. L’Observatoire commun ALMA (JAO pour Joint ALMA Observatory) apporte un leadership et un management unifiés pour la construction, la mise en service et l’exploitation d’ALMA.

Ces résultats d'observation ont fait l'objet d'un article paru dans l'édition du mois d'août 2014 de la revue Astrophysical Journal Supplement, sous l'intitulé "Cold Molecular Gas in Merger Remnants. I. Formation of Molecular Gas Discs" par Ueda et al.

L'équipe est composée de Junko Ueda (post-doctorant au JSPS / Observatoire Astronomique National du Japon [NAOJ]), Daisuke Iono (NAOJ / L'Université Supérieure des Etudes Avancées [SOKENDAI]), Min S. Yun (L'Université du Massachusetts), Alison F. Crocker (L'Université de Tolède), Desika Narayanan (Collège Haverford), Shinya Komugi (Université Kogakuin/ NAOJ), Daniel Espada (NAOJ/SOKENDAI/Observatoire Commun ALMA), Bunyo Hatsukade (NAOJ), Hiroyuki Kaneko (Université de Tsukuba), Yoichi Tamura (L'Université de Tokyo), David J. Wilner (Centre d'Astrophysique d'Harvard-Smithson), Ryohei Kawabe (NAOJ/ SOKENDAI/L'Université de Tokyo) et Hsi-An Pan (Université d'Hokkaido/SOKENDAI/NAOJ)

L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 15 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Brésil, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l'Italie, les Pays-Bas, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est le plus grand télescope conçu exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d'un télescope européen géant (E-ELT pour European Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'E-ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel ».

Liens

• L’article scientifiques sur Astro-Ph
• Résultats précédents sur la formation des galaxies spirales, avec le VLT

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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso1429.