Si nous voulons savoir à quoi cela ressemblera dans environ 4,5 milliards d’années lorsque notre galaxie fusionnera avec Andromède, nous pourrions jeter un coup d’œil à ARP 220. ARP 220 est une paire de galaxies qui sont en train de fusionner. Les galaxies en fusion émettent une lumière infrarouge brillante et le télescope spatial James Webb a capturé cette lumière dans un portrait saisissant.
ARP 220 est une galaxie infrarouge ultralumineuse (ULIRG), et c’est la plus proche de la Terre. Cela en fait un laboratoire naturel pour étudier les fusions de galaxies, et cela signifie également que le JWST, avec ses puissantes capacités infrarouges, est parfaitement adapté à son étude.
Beaucoup de choses peuvent se produire lorsque les galaxies fusionnent, et c’est un domaine de recherche extrêmement actif. Le résultat dépend de la vitesse, des angles et des masses et compositions des galaxies. La friction entre le gaz et la poussière est un facteur déterminant dans certains des résultats des fusions, comme la naissance d’étoiles.
La collision de l’ARP 220 a déclenché un épisode massif de naissance d’étoiles, et la lumière combinée est égale à un billion de soleils. Ce nombre humilie notre propre galaxie, qui est aussi brillante qu’environ un milliard de soleils. Chacun des noyaux galactiques de l’ARP 220 est entouré d’un anneau rotatif formant des étoiles, et ces anneaux sont la source de toute cette énergie infrarouge. La lumière de tout ce starburst crée une caractéristique proéminente et pointue qui domine l’image.
ARP 220 a commencé à entrer en collision il y a environ 700 millions d’années. Pour référence, la Terre était dans sa période cryogénienne à ce moment-là et a peut-être connu l’un de ses hypothétiques épisodes Snowball Earth. La fusion de l’ARP 220 a déclenché une série épique de formation d’étoiles. Il a créé environ 200 amas d’étoiles massifs dans la région centrale, les regroupant dans une zone d’environ 5 000 années-lumière de diamètre, soit environ 5 % de la taille de la Voie lactée. Les chercheurs pensent que la quantité de gaz dans cette région centrale combinée est égale à la quantité totale de gaz dans la Voie lactée, ce qui témoigne de la puissance stupéfiante des fusions de galaxies.
La poussière bloque une grande partie de la lumière de l’ARP 220, comme le montrent les images d’autres télescopes. Dans l’image Hubble ci-dessous, une grande partie des détails révélés par le JWST plus puissant est obscurci.
ALMA a également imagé ARP 220 dans les émissions radio. Une image composite de 2016 combinant des images ALMA et Hubble montre clairement la paire de cœurs. Grâce à ALMA, les noyaux sont si brillants qu’ils dominent l’image.
En 2017, une équipe d’astronomes a publié un article basé sur des images ALMA de la paire de noyaux galactiques. Une étude détaillée a montré que les deux cœurs tournent, ce que l’image JWST aide à confirmer. L’article a également montré que les noyaux de l’ARP 220 ont chacun un disque nucléaire de gaz concentré qui s’enfonce rapidement dans les centres. Selon les auteurs de cet article, le noyau occidental a une colonne de poussière si dense qu’elle équivaut à un mur d’or de 30 centimètres (1′) d’épaisseur.
ARP 220 est un environnement astrophysique extrême, et les comparaisons avec la Voie lactée l’illustrent. Notre galaxie possède des structures gazeuses denses près de son noyau, et le nuage moléculaire géant Sgr B2 est l’un des plus massifs. Il se trouve à environ 390 années-lumière du centre de la Voie lactée et à environ 150 années-lumière de diamètre. Il contient environ 3 millions de masses solaires. Bien que cela semble impressionnant, cela signifie que seule une petite zone du noyau de la Voie lactée est couverte de gaz dense, tandis que l’ARP 220 est dominé par du gaz dense.
ARP contient également environ 100 restes de supernova. Ces vestiges sont contenus dans une région de moins de 500 années-lumière de diamètre. Dans un article de 2017 qui étudiait à la fois les supernovae (SNe) et les restes de supernovae (SNr), les auteurs ont découvert que l’ARP 220 avait un taux de SN total de 4 ans.-1. (Selon Wolfram Alpha, c’est environ une tous les trois mois.) Comparez cela au taux beaucoup plus faible de supernovae de la Voie lactée, qui est d’environ une tous les 50 ans. En fait, en 2011, les astronomes ont identifié sept supernovae en même temps dans ARP 220 qui ont toutes explosé au cours des 60 années précédentes.
ARP 220 est plus proche de la fin de sa fusion que de son début. La cinématique du gaz se calme, et bien que ce soit encore un environnement astrophysique intense, cela ne le restera pas. Finalement, il n’aura qu’un seul noyau.
Il y a deux sources de rayons X dans ARP 220, une au centre de l’une des galaxies pré-fusion et une autre à proximité. Ce sont probablement des trous noirs supermassifs (SMBH) qui résidaient au centre de chaque galaxie. Les astronomes ont du mal à voir clairement dans la région centrale, mais un article de 2017 a déclaré que les SMBH ont une masse relativement modeste, seulement environ 10 000 masses solaires chacune. C’est au bas de l’échelle pour les SMBH.
Quelle que soit leur taille, dans quelques centaines de millions d’années, plus ou moins, cette paire probable de SMBH fusionnera probablement en une SMBH encore plus massive au centre de la nouvelle galaxie unifiée, créant une onde gravitationnelle dans le processus.
