jeudi 12 octobre 2017

Des galaxies en forme de cigare


Il existe de nombreuses formes de galaxies, des somptueuses spirales aux disques très aplatis, aux sphéroïdales en forme de grosses boules pleines d'étoiles en passant par les elliptiques. Certaines ont une forme très étonnante, en forme de cigare, où les étoiles tournent majoritairement autour du grand axe. Une équipe d'astronomes européens vient de trouver huit galaxies de ce genre très particulier. Leur nombre pourrait être bien plus important que ce que l'on pensait...




Athanasia Tsatsi (Max Planck Institüt für Astronomie) et ses collaborateurs publient leur découverte cette semaine dans Astronomy&Astrophysics. Le terme technique décrivant ces formes elliptiques allongées est "prolate". Les spécialistes savaient que ces formes devaient exister mais ils estimaient qu'elles devaient être très rares. Les observations de Athanasia Tsatsi et ses collègues tendent à montrer qu'elles ne sont pas aussi rares. On connaissait 12 galaxies prolates jusqu'à aujourd'hui, on en connaît désormais presque le double : 20. Il semble même que les galaxies elliptiques les plus massives aient une tendance à être plutôt prolates. Sur les 12 qui étaient déja connues, seulement 6 avaient été étudiées un peu en détail par spectroscopie pour essayer de comprendre l'origine de leur particularité.  
Mais le relevé CALIFA développé auprès du télescope de 3,5 m de l'Observatoire de Calar Alto (Espagne), lui, exploite un instrument permettant de faire de la spectroscopie en champ intégral, ce qui donne la donnée du décalage spectral Doppler de 350 régions différentes au sein d'une unique galaxie.
Plus de 900 galaxies "proches" (entre 70 et 400 millions d'années-lumière) ont ainsi été scrutées en profondeur, incluant des galaxies de toutes les formes.
Les informations spectrales internes aux galaxies donnent des éléments sur les vitesses des étoiles à l'intérieur des galaxies, et grâce à elles, les astronomes peuvent comprendre, via des simulations, qce ce qui a bien pu se passer pour que ces galaxies-cigares se forment.

Athanasia Tsatsi et ses collaborateurs décrivent le scénario : tout part de collisions entre galaxies. Comme on le sait, les galaxies grossissent en se collisionnant et en fusionnant entre elles. Deux galaxies spirales peuvent produire une nouvelle galaxie spirale ou bien une galaxie plus chaotique qui sera classée comme elliptique. Notre galaxie a par exemple grossi en absorbant des galaxies beaucoup plus petites et a conservé jusqu'à aujourd'hui sa forme spirale et son disque aplati, ce qui ne sera peut-être plus le cas lorsqu'elle fusionnera avec la galaxie d'Andromède dans quelques milliards d'années. 
La forme des bras spiraux, qui sont des ondes de densité traversant le disque galactique, peut elle-même être expliquée par les perturbations provoquées par ses rencontres répétées avec des petites galaxies. C'est notamment le cas lorsqu'une barre apparaît au sein d'une structure spirale, formant une structure allongée dans la région centrale d'où semblent émerger les bras spiraux.


Lorsque les galaxies qui fusionnent contiennent beaucoup de gaz, ce gaz va être fortement influencé par le mouvement de rotation des deux galaxies l'une autour de l'autre et va induire une forme plutôt elliptique plate. Mais le cas où les galaxies en voie de collision sont très pauvres en gaz paraît très différent et plus intéressant. Dans ces "fusions sèches" comme les appellent les spécialistes, les orbites des étoiles sont beaucoup moins influencées par un mouvement d'ensemble de gaz. C'est en simulant de telles "fusions sèches" que Tsatsi  et ses collègues ont réussi à reproduire la création de galaxies prolates.
Le mécanisme qui entre en jeu dans ces fusions de galaxies pauvres en gaz est ce qu'on appelle une fusion polaire. Deux galaxies spirales se rapprochent l'une de l'autre et sont orientées à angle droit l'une par rapport à l'autre. Lorsqu'elles orbitent l'une autour de l'autre, leur plan orbital s'aligne avec le disque de l'une des deux. Puis les deux galaxies se collisionnent une première fois. Ce qui ce passe alors, c'est que la galaxie dont le disque se trouvait dans le plan orbital va développer une grosse barre dans sa région centrale, tandis que l'autre galaxie va quant a elle rester assez peu perturbée. Mais les deux galaxies se rapprochent à nouveau pour cette fois-ci fusionner véritablement et la barre centrale de la première galaxie va devenir l'axe de rotation de la nouvelle galaxie elliptique, les étoiles de la seconde galaxie venant tourner autour de cette grande barre d'étoiles.  
Les auteurs montrent que le processus fonctionne le mieux avec des galaxies qui possèdent un disque quasi parfait, sans présence initiale de bulbe formé d'étoiles âgées.

Athanasia Tsatsi et son équipe ont réussi à donner une explication convaincante pour la formation de ces galaxies à la forme étrange, qui pourraient finalement ne pas être aussi rares que ce que l'on pouvait croire.


Source
CALIFA reveals prolate rotation in massive early-type galaxies: A polar galaxy merger origin ?
A. Tsatsi,  M. Lyubenova, G. van de Ven, J. Chang, J.A Aguerri, J. Falcón-Barroso, A. Macciò
Astronomy&Astrophysics 


Illustration
Exemple de simulation conduisant à la production d'une galaxie prolate (J. Chang, PMO / T. Müller, HdA)

4 commentaires :

Youx a dit…

Bonjour Eric,
Les étoiles tournent autour du grand axe...
mais est-ce que l'ellipse complète tourne autour d'un axe perpendiculaire?
Sinon, comment expliquer que chaque étoile ne tourne pas autour du centre de gravité de l'ensemble?

Dr Eric SIMON a dit…

Ce sont les étoiles qui forment l'ellipse, il faut imaginer une sorte de toupie allongée. Le "centre de gravité" est ici une masse allongée.

sixenligne atmo a dit…

Je sais pas pourquoi mais je trouve ça très beau, peut être parce que c'est pas banal de voir une galaxie tourner comme ça.
Merci pour vos billets d'une grande qualité ;)

Youx a dit…

Le centre de gravité est une masse allongée???
Quel drôle de concept!
Ne croyez-vous pas que les étoiles fassent un peu comme un mouvement de ressort?
Tourner autour du grand axe, tout en faisant des aller-retours d'un bout à l'autre de l'ellipse?
Sinon, c'est impossible qu'elles restent toujours du même côté du vrai centre de gravité, comme sur le dessin de la vidéo.