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Les galaxies grandiraient aussi en récoltant du gaz intergalactique.


Si l'on en croit les observations faites au VLT grâce au spectrographe Sinfoni, la croissance des premières galaxies ne serait pas due uniquement à un processus de fusion entre les galaxies naines. Un second processus, également important, aurait été la capture de courants froids d'hydrogène et d'hélium intergalactiques.

Comprendre la formation et l'évolution des galaxies est l'une des tâches principales des cosmologistes. L'un des piliers de la description de ces processus est le modèle de la matière noire froide auquel s'est récemment adjoint la présence de l'énergie noire. Ce modèle de Cold Dark Matter (en anglais, ou CDM), expliquant la formation des grandes structures aujourd'hui observées dans les grandes lignes, présente quelques imperfections. Selon lui, tout commence par la formation d'étoiles puis de galaxies naines qui vont entrer en collision et entamer des processus de fusion. Les grosses galaxies se mettraient à croître aux dépens des plus petites et les amas de galaxies se formeraient ensuite pour donner enfin les superamas de galaxies.

Lors des collisions entre galaxies, de véritables flambées d'étoiles se forment. Les étoiles elles-mêmes n'entrent pas en collision (car elles forment un gaz trop peu dense) mais les nuages de gaz interstellaires, eux, se compriment, provoquant par un effondrement gravitationnel et par fragmentation la formation d'amas ouverts d'étoiles.

Assez bien confirmé, le modèle CDM prédit cependant l'existence actuelle de nombreuses petites galaxies naines que l'on observe en nombre insuffisant. Il ne semble pas très favorable non plus à l'existence précoce de grandes galaxies comparables à la Voie lactée, alors que l'on en a bel et bien observé dès les premiers milliards d'années de vie du cosmos.

Mais surtout, on observe des galaxies spirales qui, il y a plus de 10 milliards d'années, avaient un taux de formations stellaires de plusieurs centaines de masses solaires par an, alors qu'elles ne présentent pas de signes de collisions récentes.

Des courants froids font-ils croître les galaxies ?

On a donc cherché des mécanismes complémentaires pour expliquer la croissance des galaxies et certaines des flambées d'étoiles observées. L'un d'entre eux postulait que l'accrétion de gaz intergalactique froid n'était probablement pas aussi négligeable qu'on le pensait. Ce processus pouvait avoir été suffisamment important pour aider à l'apparition précoce de grandes galaxies et y soutenir la formation stellaire. Les simulations numériques conduites sur l'un des plus gros ordinateurs du monde, le MareNostrum du centre de calcul de Barcelone, ont récemment donné du poids à ce mécanisme.

Les observations du VLT viennent maintenant soutenir ce modèle de « galaxies à courants froids », comme l'indique un article de Nature.

Une image extraite de la simulation de la formation des galaxies aux débuts de l'univers, effectuée sur MareNostrum, l'un des plus gros ordinateurs du monde. Elle a nécessité plus de quatre semaines de calculs sur 2.000 processeurs. Elle montre la formation de plus de 100 millions de galaxies.

Une image extraite de la simulation de la formation des galaxies aux débuts de l'univers, effectuée sur MareNostrum, l'un des plus gros ordinateurs du monde. Elle a nécessité plus de quatre semaines de calculs sur 2.000 processeurs. Elle montre la formation de plus de 100 millions de galaxies.


Selon le responsable de l'équipe d'astrophysiciens auteurs de la découverte, Giovanni Cresci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri) : « les nouveaux résultats obtenus avec le VLT sont les premières preuves directes que l'absorption de gaz originel a effectivement lieu et est suffisante pour alimenter une vigoureuse formation stellaire et la croissance des galaxies massives dans l'univers jeune ».

Une étude sur trois jeunes galaxies semblables à la Voie lactée

Pour arriver à cette conclusion, les chercheurs ont commencé par sélectionner trois galaxies très régulières et très lointaines (avec un disque en rotation parfait), semblables à la Voie lactée et dont l'âge était de seulement 2 milliards d'années après le Big Bang. Il était en effet nécessaire d'observer des galaxies ayant connu le moins possible de collisions ou de fusions récentes avec d'autres galaxies.

Un autre facteur déterminant dans le choix des galaxies : la nécessité de la présence d'une intense formation d'étoiles dans les régions centrales de ces galaxies. Il faut savoir que de nos jours, celles-ci sont les zones les plus riches en éléments lourds produits par la nucléosynthèse stellaire et libérés dans l'espace par les explosions d'étoiles massives en supernovae. Or, dans les trois cas, les observations menées à l'aide du spectrographe Sinfoni (celui-là même utilisé pour observer la galaxie la plus lointaine connue à ce jour) ont montré une pauvreté en éléments lourds associée aux zones de formation d'étoiles.

Cela ne semble pouvoir s'interpréter que comme le résultat de la formation de nouvelles étoiles à partir de nuages de gaz d'hydrogène et d'hélium dépourvus d'éléments lourds (comme le carbone, l'oxygène ou l'azote). Ce gaz ne provient donc pas de galaxies déjà enrichies en ces éléments. C'est exactement ce à quoi on doit s'attendre si des courants de gaz froids intergalactiques sont bien en mesure de faire croître des galaxies de façon importante.