Les astronomes savent que les galaxies se développent au fil du temps grâce à des fusions avec d’autres galaxies. Nous pouvons le voir se produire dans notre galaxie. La Voie lactée absorbe lentement les grands et petits nuages de Magellan et la galaxie sphéroïdale naine du Sagittaire.
Pour la première fois, les astronomes ont trouvé des preuves d’une ancienne migration massive d’étoiles dans une autre galaxie. Ils ont repéré plus de 7 000 étoiles à Andromède (M31), notre voisine la plus proche, qui a fusionné avec la galaxie il y a environ deux milliards d’années.
La croissance et l’évolution des galaxies sont un sujet brûlant en astronomie et l’une des raisons pour lesquelles le télescope spatial James Webb fait la une des journaux ces derniers temps. L’un des principaux objectifs scientifiques du JWST est de remonter dans le temps jusqu’aux premières galaxies de l’Univers pour comprendre comment elles se sont développées et ont évolué pour devenir ce qu’elles sont aujourd’hui. Mais ce n’est pas le seul télescope qui peut faire la lumière sur la question.
“Des galaxies comme M31 et notre Voie lactée sont construites à partir des éléments constitutifs de nombreuses galaxies plus petites au cours de l’histoire cosmique.”
Arjun Dey, NOIRLab
Ces nouvelles observations d’Andromède et de la migration interne des étoiles proviennent du Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI.) Il a été construit pour mesurer l’effet de l’énergie noire sur l’expansion de l’Univers. Pour ce faire, il collecte des spectres optiques sur des dizaines de millions d’objets, principalement des galaxies et des quasars, puis construit une carte 3D des résultats.
DESI est similaire au vaisseau spatial Gaia, plus connu. Gaia a pour objectif ambitieux de cartographier avec précision les positions et les mouvements de milliards d’étoiles dans la Voie lactée. Les données de Gaia ont conduit à une multitude de découvertes sur notre propre galaxie. Mais cela se limite à cartographier les étoiles de la Voie lactée.
Désormais, grâce au DESI, les astronomes disposent pour la première fois d’une carte au moins partielle des étoiles d’Andromède. Et cette carte, comprenant les mouvements de près de 7500 étoiles dans le halo intérieur de la galaxie d’Andromède, révèle leur histoire.
Ces résultats se trouvent dans un nouvel article intitulé “DESI Observations of the Andromeda Galaxy: Revealing the Immigration History of our Nearest Neighbor”. Il apparaîtra dans The Astrophysical Journal, et l’auteur principal est Arjun Dey, astronome au NOIRLab de la National Science Foundation, l’installation responsable du DESI.
DESI montre qu’il y a environ deux milliards d’années, une autre galaxie a fusionné avec Andromède. Les positions et les mouvements d’environ 7500 étoiles mesurées par DESI révèlent qu’elles proviennent d’une autre galaxie. La théorie nous a dit que c’est ainsi qu’Andromède et d’autres galaxies sont devenues si massives, mais il existe maintenant un nombre croissant de preuves claires.
“Nos nouvelles observations du plus proche grand voisin galactique de la Voie lactée, la galaxie d’Andromède, révèlent des preuves d’un événement d’immigration galactique avec des détails exquis”, a expliqué l’auteur principal Dey. “Bien que le ciel nocturne puisse sembler immuable, l’Univers est un lieu dynamique. Des galaxies comme M31 et notre Voie lactée sont construites à partir des éléments constitutifs de nombreuses galaxies plus petites au cours de l’histoire cosmique.
La Voie lactée a connu une fusion similaire il y a 8 à 10 milliards d’années. La plupart des étoiles du halo de notre galaxie sont originaires d’une galaxie différente et ont rejoint la Voie lactée à la suite de l’ancienne fusion. Les astronomes peuvent en apprendre davantage sur l’histoire ancienne de la Voie lactée en observant de près cet événement de fusion similaire et plus récent à Andromède.
“Nous n’avons jamais vu cela aussi clairement dans les mouvements des étoiles, et nous n’avions pas non plus vu certaines des structures résultant de cette fusion”, a déclaré Sergey Koposov, astrophysicien à l’Université d’Edimbourg et co-auteur de l’article. “Notre image émergente est que l’histoire de la galaxie d’Andromède est similaire à celle de notre propre galaxie, la Voie lactée. Les halos internes des deux galaxies sont dominés par un seul événement d’immigration.
Pour la première fois, nous avons un aperçu des structures qui se sont formées à la suite de la fusion. “Les signatures d’observation attendues de la migration galactique comprennent les flux de débris, les coquilles, les anneaux et les panaches, les résultats attendus des interactions de fusion entre les grandes galaxies et leurs compagnons”, écrivent les auteurs dans leur article.
“Nous trouvons des preuves cinématiques claires de structures de coquilles dans le Giant Stellar Stream, les régions du plateau nord-est et du plateau ouest”, indique le document. « La cinématique est remarquablement similaire aux prédictions des modèles dynamiques construits pour expliquer la morphologie spatiale du halo intérieur. Les résultats sont cohérents avec l’interprétation selon laquelle une grande partie de la sous-structure dans le halo interne de M31 est produite par un seul événement d’immigration galactique il y a 1 à 2 Gyr.
“Alors que des indices de structures cohérentes ont déjà été détectés dans M31, c’est la première fois qu’ils sont vus avec autant de détails et de clarté dans une galaxie au-delà de la Voie lactée”, écrivent les auteurs dans leur article. “Les observations révèlent une structure cinématique cohérente et complexe dans les positions et les vitesses des étoiles individuelles : flux, coins et chevrons.”
Bien que les positions et les vitesses des 7500 étoiles jouent un rôle majeur dans ces découvertes, la métallicité stellaire aussi. L’équipe a trouvé des étoiles à haute métallicité dans toutes les sous-structures issues de la fusion. “Nous trouvons un nombre important d’étoiles riches en métaux dans toutes les sous-structures détectées, ce qui suggère que la galaxie (ou les galaxies) progénitrices avait une longue histoire de formation d’étoiles, peut-être plus représentative de galaxies plus massives”, expliquent les auteurs dans leur conclusion.
L’étude met en évidence les similitudes entre Andromède et la Voie lactée, renforçant l’idée théorique selon laquelle les fusions jouent un rôle clé dans l’évolution et la croissance galactiques. “M31 est remarquablement similaire à la Voie lactée en ce que les halos internes des deux galaxies sont dominés par des étoiles d’un seul événement d’accrétion”, indique le document. “En effet, une étude récente de la cinématique des étoiles de la Voie lactée près du Soleil rapporte des sous-structures cinématiques en forme de chevron qui rappellent celles rapportées ici.”
La puissance de DESI est pleinement exposée dans cette recherche. Les résultats découlent de la capacité de DESI à collecter simultanément les spectres de 5 000 objets. Cet instrument complexe est le spectrographe multi-objets le plus puissant au monde et peut reconfigurer ses 5 000 plans focaux distincts en seulement deux minutes lorsqu’il passe d’une cible à l’autre.
“C’est incroyable que nous puissions regarder le ciel et lire des milliards d’années de l’histoire d’une autre galaxie telle qu’elle est écrite dans les mouvements de ses étoiles.”
Joan R. Najita, NOIRLab.
Il a été conçu pour mesurer les spectres de plus de 40 milliards de galaxies et de quasars distants afin de cartographier la structure à grande échelle de l’Univers et la manière dont l’énergie noire alimente son expansion. En cours de route, il nous montre comment les galaxies fusionnent au fil du temps.
« Cette science n’aurait pu être réalisée dans aucune autre installation au monde. L’efficacité, le débit et le champ de vision incroyables de DESI en font le meilleur système au monde pour effectuer une enquête sur les étoiles de la galaxie d’Andromède », a déclaré Dey. “En seulement quelques heures d’observation, DESI a pu dépasser plus d’une décennie de spectroscopie avec des télescopes beaucoup plus grands.”
“C’est incroyable que nous puissions regarder le ciel et lire des milliards d’années de l’histoire d’une autre galaxie telle qu’elle est écrite dans les mouvements de ses étoiles – chaque étoile raconte une partie de l’histoire”, a déclaré le co-auteur Joan R. Najita, également au NOIRLab. . “Nos observations initiales ont dépassé nos attentes les plus folles et nous espérons maintenant mener une enquête sur l’ensemble du halo M31 avec DESI. Qui sait quelles nouvelles découvertes nous attendent !
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