samedi 4 février 2017

Découverte de groupes de galaxies naines en train de s'assembler


La découverte de petits groupes de galaxies naines dans des environnements totalement isolés, loin de toute grande galaxie, offre une preuve directe de l'assemblage hiérarchique des galaxies à l'échelle des petites galaxies. 




Sabrina Stierwalt (National Radio Astronomy Observatory) et ses collègues ont trouvé sept groupes très compacts formés uniquement de galaxies naines. Ils ont été découverts durant une inspection des paires de galaxies naines les plus isolées dans le relevé TNT (TiNy Titans Survey), un programme en multi-longueurs d'ondes qui a pour objectif d'étudier l'effet des interactions entre galaxies naines sur l'évolution des galaxies de faible masse. Les chercheurs américains ont utilisé trois télescopes pour affiner les recherches initiales qu'ils avaient pu faire dans les bases de données du Sloan Digital Sky Survey : le télescope Magellan au Chili, le Apache Point Observatory au Nouveau Mexique, et le télescope Gemini à Hawaii.

Le modèle majoritairement admis expliquant la formation et l'évolution des structures de l'Univers, dit que toutes les structures galactiques grossissent par la fusion de structures plus petites. Les simulations issues des modèles montrent que les premières structures qui se forment sont des petits halos de matière sombre, d'une taille de l'ordre de celle du système solaire, puis ils grossissent en fusionnant pour ensuite agréger du gaz qui va ensuite produire des étoiles et les premières galaxies. Les premières galaxies naines doivent ensuite fusionner pour donner des galaxies plus grosses qui se retrouvent former des amas de galaxies puis des superamas de galaxies. C'est ce processus qui est appelé l'assemblage hiérarchique, une construction des petites briques vers les plus grandes. Une conséquence de ce processus de formation est que les galaxies de l'Univers proche doivent encore être entourées de galaxies naines qui ont échappé à leur cannibalisation durant leur grossissement.
C'est justement ce qui est observé autour des grandes galaxies spirales comme notre Voie Lactée ou autour des galaxies elliptiques massives. 
En revanche, l'assemblage hiérarchique au niveau des galaxies naines était encore très rarement observé, voire pas du tout.

La découverte de Sabrina Stierwalt et son équipe est donc importante pour conforter le processus de la formation hiérarchique. Le fait que des galaxies naines paraissent se regrouper en se trouvant à l'écart de toute grosse galaxie montre que le processus hiérarchique est bien en cours à ce niveau. 
Des observations spectroscopiques confirment que les galaxies naines sont bien associées entre elles au sein d'un groupe. Les chercheurs utilisent en outre des arguments de dynamique, en observant par exemple les vitesses de dispersion des galaxies, pour confirmer qu'elles sont gravitationnellement liées.
Il faut rappeler que seulement 5% des galaxies naines connues vivent en groupes, ce qui est très peu, et les groupes découverts ici comportent entre 3 et 5 galaxies naines, pour une masse baryonique (masse visible) comprise entre 4 et 20 milliards de masses solaires, mais avec une masse sombre pouvant atteindre jusqu'à 100 fois plus que la masse visible.

La nouveauté des groupes de galaxies naines découverts par Stierwalt et al. est qu'ils sont bien plus compacts que les précédentes associations de naines qui avaient pu être observées, 10 fois plus compacts, ce qui fait dire aux chercheurs que les galaxies membres vont probablement finir par fusionner pour former une seule galaxie au cours du prochain milliard d'années. Les sept groupes sont également très isolés, la galaxie massive la plus proche résidant à plus de 5 millions d'années-lumière, ce qui fait de ces groupes de galaxies naines un laboratoire idéal pour les astrophysiciens pour étudier l'évolution des galaxies naines sans effet d'environnement.
De telles galaxies toutes petites et groupes de galaxies de ce type sont en effet très fragiles face à une grosse galaxie de 1000 milliards de masses solaires, qui a tôt fait de les démembrer très vite en effaçant toute trace de structure passée. 
Des indices récents indiquent que notre Galaxie elle-même aurait pu capturer un groupe de galaxies naines. En effet, certaines galaxies naines satellites de la Voie Lactée se trouvent dans le plan de l'orbite des deux nuages de Magellan qui pourraient être des galaxies naines possédant elles-mêmes quelques galaxies satellites encore plus petites. Les nuages de Magellan pourraient n'être alors que les deux membres les plus importants du groupe.

L'étude de l'équipe de Sabrina Stierwalt est une belle avancée, mais malheureusement, les galaxies naines observées ont des masses encore assez élevées, toutes comprises environ entre celle du Petit Nuage de Magellan et du Grand Nuage de Magellan, ce qui ne permet pas encore de prouver par l'observation l'assemblage hiérarchique au niveau des très faibles masses de galaxies.  
C'est certainement la raison pour laquelle l'équipe américaine a décidé de partir à la recherche de nouvelles galaxies naines très faiblement lumineuses avec des télescopes plus grands de la classe des 8 - 10 m. 


Référence 

Direct evidence of hierarchical assembly at low masses from isolated dwarf galaxy groups
S. Stierwalt et al.
Nature Astronomy 1, 0025 (2017)

Illustrations

1) Exemple de groupe de galaxies naines (Sloan Digital Sky Survey)
2) et 3) Deux des sept groupes de galaxies naines découverts par l'équipe de Sabrina Stierwalt (Kelsey E Johnson, Sandra E Liss, Sabrina Stierwalt)