Communiqué de presse

Une galaxie géante toujours en pleine croissance

Messier 87 a avalé une galaxie entière au cours des derniers milliards d'années

25 juin 2015

De nouvelles observations effectuées au moyen du Très Grand Télescope de l'ESO ont révélé que la galaxie elliptique géante Messier 87 a complètement absorbé une galaxie de taille moyenne au cours des derniers milliards d'années. Pour la première fois, une équipe d'astronomes a pu suivre les mouvements de 300 nébuleuses planétaires brillantes qui témoignent de la survenue de cet événement. Elle a par ailleurs découvert les traces d'un excès de lumière en provenance des restes épars de la victime.

Les astronomes se doutent que les galaxies croissent en avalant leurs homologues de plus petites tailles. Toutefois, les preuves de ces “festins” sont bien souvent difficiles à recueillir – tout comme l'eau contenue dans un verre et jetée au sein d'un étang se mêle rapidement à l'eau du bassin, les étoiles constituant la galaxie festin s'amalgament à leurs semblables au sein de la galaxie canibale, ne laissant aucune trace.

Toutefois, une équipe d'astronomes conduite par Alessia Longobardi, doctorante à l'Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre, Garching, Allemagne, est parvenue, au moyen d'une astuce observationnelle, à démontrer, sans la moindre ambigüité, que la proche galaxie elliptique géante Messier 87 avait fusionné avec une galaxie spirale de plus petite taille au cours des derniers milliards d'années.

“Ce résultat montre clairement que les vastes structures lumineuses de l'Univers continuent de croître de manière substantielle – les galaxies n'ont pas achevé leur croissance !” confie Alessia Longobardi. “Une portion étendue du halo externe de Messier 87 nous apparaît deux fois plus brillante qu'elle ne le serait si la collision ne s'était pas produite.”

Messier 87 se situe à quelques 50 millions d'années-lumière, au centre de l'amas de galaxies de la Vierge. Elle ressemble à une énorme sphère étoilée dont la masse totale équivaut à plus d'un million de millions de masses solaires.

Plutôt que d'observer l'ensemble des étoiles de Messier 87 – au nombre de plusieurs milliards et bien trop peu lumineuses pour pouvoir être étudiées individuellement – l'équipe s'est focalisée sur les nébuleuses planétaires, ces enveloppes lumineuses qui entourent les étoiles âgées [1]. Parce que ces objets brillent intensément avec une couleur vert turquoise, ils se distinguent nettement des étoiles environnantes. L'analyse, au moyen d'un spectrographe, de la lumière en provenance des nébuleuses, peut par ailleurs révéler leurs mouvements [2].

L'eau contenue dans un verre devient imperceptible après avoir été versée au sein d'un étang – elle peut toutefois avoir généré des ondulations, voire d'autres perturbations susceptibles d'apparaître si des particules de limon ou de vase baignent dans l'eau. De la même façon, les mouvements des nébuleuses planétaires, mesurés au moyen du spectrographe FLAMES qui équipe le Très Grand Télescope de l'ESO, fournit des indices relatifs à la fusion passée.

“Nous assistons actuellement à un phénomène d'accrétion, récent et unique à la fois, qui consiste en la chute d'une galaxie de taille moyenne vers le centre de Messier 87. Les forces de marée gravitationnelle sont si importantes que les étoiles se trouvent à présent disséminées sur une zone 100 fois plus étendue que la galaxie originelle !” ajoute Ortwin Gerhard, responsable du groupe Dynamique à l'Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre, Garching, Allemagne, et co-auteur de la nouvelle étude.

L'équipe a par ailleurs soigneusement examiné la distribution de lumière au sein des régions périphériques de Messier 87. Il est ainsi apparu qu'un surcroît de lumière provenait des étoiles de la galaxie festin, étirée de toutes parts. Ces observations ont également montré que la galaxie festin avait enrichi Messier 87 en étoiles plus jeunes, plus bleues, ce qui  indique qu'elle consistait vraisemblablement, avant la fusion, en une galaxie spirale à formation d'étoiles.

“Etre capable d'identifier, au sein du halo de cette galaxie, des étoiles qui ont été dispersées sur des centaines de milliers d'années lumière, est particulièrement excitant. Et, le fait d'être capable d'affirmer, sur la base de leurs vitesses respectives, qu'elles appartiennent à une seule et même structure l’est tout autant. Les nébuleuses planétaires de couleur verte sont aussi difficiles à détecter que des aiguilles dans une botte de foin. Mais ces trésors d'une grand rareté renferment les clés de la compréhension de ce qui est arrivé aux étoiles” conclut Magda Arnaboldi (ESO, Garching, Allemagne), autre co-auteur de l'étude.

Notes

[1] Les nébuleuses planétaires constituent les phases évolutives finales des étoiles de même type que le Soleil. Une grand part du rayonnement qu'elles émettent se trouve par ailleurs cantonné à quelques raies spectrales. Pour cette raison, ce sont les seules étoiles individuelles dont les mouvements peuvent être mesurés à des distances voisines de celle de Messier 87, soit 50 millions d'années lumière environ. Elles se comportent à l'image de phares de couleur verte, traduisant ainsi leurs positions et la vitesse de leurs mouvements respectifs.

[2] Parce que ces nébuleuses planétaires sont peu lumineuses, leur étude requiert la toute puissance du Très Grand Télescope : la lumière émise par une nébuleuse planétaire typique située dans le halo de la galaxie Messier 87 équivaut à deux ampoules de 60 watts qui seraient disposées à la surface de Vénus et observées depuis la Terre.

Les mouvements des nébuleuses planétaires le long de la ligne de visée, en direction de la Terre ou dans le sens opposé, se traduisent par un effet Doppler et des décalages de raies spectrales. Ces décalages peuvent être mesurés avec précision au moyen d'un spectrographe sensible, et la vitesse des nébuleuses déduite.

Plus d'informations

Ce travail de recherche a fait l'objet d'un article intitulé “The build-up of the cD halo of M87 — evidence for accretion in the last Gyr”, par A. Longobardi et al., à paraître au sein de l'édition du 25 juin 2015 de la revue Astronomy & Astrophysics Letters.

Ce travail fait par ailleurs l'objet d'une présentation lors du congrès annuel de la Société Astronomique Européenne, EWASS 2015, qui se tient parallèlement à La Laguna, Tenerife.

L'équipe est composée de A. Longobardi (Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre, Garching, Allemagne), M. Arnaboldi (ESO, Garching, Allemagne), O. Gerhard (Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre, Garching, Allemagne) et J.C. Mihos (Université Case Western, Cleveland, Ohio, Etats-Unis).

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

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