mercredi 2 mai 2018

Forme des galaxies et âge de leurs étoiles intimement liés


Une étude systématique sur plusieurs centaines de galaxies montre l'existence d'un lien très clair entre leur forme et l'âge de leurs étoiles : plus leurs étoiles sont vieilles, plus les galaxies sont informes. On connaissait un tel lien pour les galaxies les plus extrêmes des deux côtés : les disques les plus parfaits aux étoiles très jeunes et les elliptiques diffuses aux étoiles très vieilles, on voit maintenant ce lien qui existe tout au long de la vie des galaxies.




Ce sont 843 galaxies de tous les âges, de toutes les formes et de toutes masses qui ont été observées sous l'angle de leur forme intrinsèque (en 3D) et de l'âge de leurs étoiles constitutives par l'équipe de Jesse Van de Sande (Université de Sydney). Les chercheurs ont exploité le relevé spectroscopique galactique SAMI (Sydney-Australian-Astronomical-Observatory Multi-object Integral-Field Spectrograph) du télescope de 4 m AAT (Anglo-Australian Telescope) de l'Observatoire de Siding Spring en Australie. Ce relevé offre une vue spectroscopique de multiples régions d'une même galaxie dans une seule image, ce qui fait sa grande force.
Les astrophysiciens ont mesuré pour chaque galaxie son ellipticité, le paramètre qui fournit une évaluation du degré d'aplatissement (ou de sphéricité) d'une structure géométrique. Ils ont mesuré cette ellipticité en mesurant le mouvement des étoiles via leur spectre. Dans une galaxie à forte ellipticité comme des galaxies spirales géantes, les étoiles se meuvent de façon très ordonnée, alors que dans une galaxie à faible ellipticité, les étoiles possèdent au contraire des mouvements plus désordonnés. En même temps, les astronomes ont évalué l'âge moyen des étoiles des galaxies à partir de leur couleur : plus elles sont rouges, plus elles sont vieilles.
Il a suffi ensuite à Jesse Van de Sande et ses collègues de tracer le graphe de la vitesse des étoiles en fonction de la forme de la galaxie et de l'âge des étoiles pour voir apparaître la tendance nette qui a surpris les chercheurs : un seul paramètre, le caractère plus ou moins aléatoire de la vitesse des étoiles, donne une indication sur la forme de la galaxie et se trouve directement lié à son âge, et cela pour toutes les galaxies, de la moins massive à la plus massive, y compris celles qui n'ont pas de bulbe. 
Les auteurs font le lien avec ce qui est observé dans notre propre galaxie. La Voie Lactée possède en effet un double disque : un disque mince (dominant) et un disque épais. Il se trouve que les étoiles du disque mince sont plus jeunes et ont un mouvement très ordonné, quasi-circulaire et en co-rotation, avec une très faible dispersion de vitesses. A l'inverse, le disque épais montre une dispersion de vitesses bien plus grande, avec des étoiles plus vieilles, qui ont pu résulté de migrations du disque principal. On retrouve donc la même tendance : les populations de vieilles étoiles se retrouvent dans des structures moins ordonnées et intrinsèquement plus "épaisses".
La puissance de la spectroscopie en champ intégral comme celle qu'offre le relevé SAMI sur un grand nombre de galaxies permet ainsi d'approfondir notre connaissance des processus physiques qui sont impliqués dans l'évolution des galaxies.


Source

A relation between the characteristic stellar ages of galaxies and their intrinsic shapes
J. van de Sande et al.
Nature Astronomy en ligne (23 April 2018)


Illustration

Evolution de l'ordre de la vitesse des étoiles en fonction de la forme des galaxies et de l'âge moyen des étoiles (Van de Sande et al., Nature Astronomy).