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    Gaia confirme une collision géante il y a 10 milliards d'années

    24 juil. 2019 23:00

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    Les données astrométriques de Gaia concernant les étoiles dans le disque et le halo de notre Galaxie permettent de préciser toujours davantage son histoire passée. Il se confirme qu'une collision géante survenue entre une galaxie naine et la proto Voie lactée s'est bien produite il y a environ 10 milliards d'années.

    Nous sommes des poussières d'étoiles aime à dire Hubert Reeves, mais les étoiles elles-mêmes naissent et évoluent dans le cadre de galaxies elles-mêmes en interaction avec les trous noirs supermassifs qu'elles contiennent. Si l'on veut déterminer en profondeur et avec précision notre arbre généalogique cosmique, il faut donc se pencher sur celui des galaxies et en particulier la nôtre, à savoir la Voie lactée.

    Les théories soutenues et nourries de plus en plus solidement par les observations et les simulations numériques depuis la fin du XXe siècle nous disent que les galaxies sont d'abord nées naines, il y a plus de 13 milliards d'années et qu'elles sont ensuite entrées en interactions gravitationnelles plus ou moins violentes. Des fusions se sont produites, accompagnées ensuite par celles des trous noirs géants qu'elles contenaient, de sorte que des processus d'accrétion similaires à ceux ayant fait naître les planètes principales du Système solaire, à partir d'une population de planétésimaux, ont aussi fait naître de grandes galaxies comme la Voie lactée et Andromède à l'occasion de collisions géantes.

    Des archéologues galactiques

    Les cosmogonistes et astrophysiciens ont donc entrepris de se transformer en archéologues galactiques pour, en quelque sorte, fouiller dans les strates et les dépôts laissés par ces évènements, « explosifs », si l'on peut dire par abus de langage. C'est pour cette raison que l'Agence spatiale européenne (ESA) a lancé le 19 décembre 2013, le satellite Gaia dont les mesures en astrométrie sont d'une précision inégalée et concernent les positions, distances, mouvementset propriétés physiques de plus d'un milliard d'étoiles de la Voie lactée. En combinant ces données astrométriques, photométriques et spectroscopiques, Gaia permet donc une étude détaillée de notre Galaxie pour en savoir plus sur sa structure en trois dimensions, sa cinématique, son origine et son évolution.

    Or, justement, une équipe internationale d'astronomes, dont deux chercheurs du Laboratoire Lagrange (UCA, OCA, CNRS), vient de publier dans le journal Nature Astronomy (voir aussi un article sur arXiv), les résultats nouveaux auxquels elle est parvenue en étudiant les données fournies au cours des années par Gaia. Les astronomes confirment bien les conclusions déjà atteintes de cette façon par leurs collègues, il y a quelques années, et dont Futura avait rendu compte dans le précédent article ci-dessous. Il y a environ 10 milliards d'années, une petite galaxie naine baptisée Gaia-Encelade aurait donc fusionné avec l'ancêtre de la Voie lactée qui était alors quatre fois plus massive que Gaia-Encelade, mais pas encore autant que notre Galaxie aujourd'hui.

    Mais les chercheurs vont maintenant plus loin grâce au diagramme de Hertzsprung-Russell, un type de diagramme qui a permis au siècle dernier d'étudier les populations d'étoiles et d'établir la théorie de l'évolution stellaire. C'est un graphique dans lequel est indiquée la luminosité d'un ensemble d'étoiles en fonction de leur température effective et donc, de façon équivalente de leur couleur (on sait bien, par exemple, que la couleur d'une barre de métal passe du rouge au blanc en la chauffant).

    Des étoiles éjectées sur des orbites chaotiques

    Ils vont surtout plus loin en combinant les données de ce diagramme et les abondances d'éléments plus lourds que l'hélium (on parle de métallicité pour les étoiles à ce sujet) concernant un échantillon d'environ un million d'étoiles de notre Galaxie dans un rayon de 6.500 années-lumière autour du Soleil et appartenant au halo galactique de la Voie lactée, comme l'explique d'ailleurs l'astrophysicienne Carme Gallart (de l'Instituto de Astrofisica de Canarias) à la tête de l'équipe de chercheurs. Elle dit : « Nous avons analysé la distribution en couleur et en luminosité des étoiles et les avons comparées à des modèles d'évolution stellaire, en les séparant en plusieurs composantes : le halo (structure sphéroïdale qui entoure les galaxies) et le disque épais (étoiles du disque galactique qui atteignent une certaine hauteur au-dessus du plan). »

    Dans le halo, on voit clairement deux composantes, une avec des étoiles que l'on peut qualifier de bleues et celle avec des étoiles plus rouges. Le diagramme HR permet de montrer que ces étoiles ont toutes grosso modo le même âge, environ 13 milliards d'années, mais avec Gaia on voit clairement aussi que les vitesses des étoiles les plus bleues sont particulières et qu'elles sont moins riches en éléments lourds.

    Dans le cadre de données numériques de collisions, ces observations s'interprètent de la façon suivante, les étoiles bleues viennent de Gaia-Encelade et les plus rouges du disque initial de la Voie lactée. Dans les deux cas, c'est une collision survenue il y a 10 milliards d'années environ qui a éjecté les étoiles des disques des deux galaxies sur des orbites chaotiques désormais dans le halo de la Voie lactée.

    Le gaz des deux galaxies avant collision s'est finalement sédimenté dans le champ de gravitation du disque de notre Galaxie en formant son disque mince, ce qui a donné lieu il y a environ 6,6 milliards d'années à une flambée de formations de nouvelles étoiles, quelques milliards d'années avant la naissance de la mère du Soleil : Coatlicue.

    En plus de préciser l'histoire de la Voie lactée, Gaia nous a probablement aussi donné les clés pour comprendre ce qui s'est passé avec les autres galaxies spirales géantes que nous observons dans le cosmos.

    (Source Futura Sciences)

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