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Astrophysique

La galaxie elliptique IC 1101 de l'amas Abell 2029 du Serpent est la plus grande galaxie de l'univers. Elle mesure 6 millions d'années-lumière, 60 fois la Voie Lactée ! Doc David A.Aguilar/CfA.

Les découvertes récentes (II)

IC 1101, la galaxie la plus grande et la plus massive de l'Univers

Le 17 juin 1790, William F. Herschel découvrit une nébulosité pâle et arrondie d'environ 30" d'arc dans la constellation du Serpent (qui s'étend à travers l'équateur céleste près de la Vierge) présentant une magnitude apparente de 14.7.

Sans pouvoir l'identifier formellement mais présumant qu'il s'agissait d'un objet du ciel profond, ce n'est qu'un siècle plus tard, en 1895 que John L. Dreyer l'ajouta au catalogue des Nébuleuses et Amas d'Etoiles sous le numéro IC 1101.

Ce n'est qu'en 1932 et suite aux travaux d'Edwin Hubble sur les "nébuleuses extragalactiques" qu'une étude minutieuse d'IC 1101 permis de découvrir qu'il s'agissait en fait d'une galaxie elliptique de type E3 (mais classée cD, Cluster Diffuse, en raison de son aspect diffus au centre d'un amas). Des mesures plus récentes ont évalué sa distance à environ 1.07 milliards d'années-lumière et sa vitesse à environ 23370 km/s.

Grâce aux techniques modernes, sa masse et sa dimension ont été restimées. IC 1101 mesure 6 millions d'années-lumière de diamètre (et non pas 8 millions d'a.l.), soit 4 fois plus que M87, 30 fois plus que la galaxie d'Andromède et 60 fois plus que la Voie Lactée !

IC 1101 contiendrait 100 mille milliards d'étoiles (contre 2000 milliards auparavant), soit 250 à 500 fois plus que la Voie Lactée et serait 2000 fois plus massive que notre Galaxie !

IC 1101 est non seulement la galaxie la plus grande et la plus massive de l'Univers mais également l'une des plus brillantes dans l'absolu. En effet, c'est aussi la galaxie la plus brillante de l'amas Abell 2029. A elle seule, la luminosité d'IC 1101 représente 25 % de la lumière émise par les milliers de galaxies que contient cet amas ! Le coeur d'IC 1101 est également un puissance radiosource vraisemblablement associé à un trou noir qu'on peut supposer hypermassif.

La forme et la couleur de cette galaxie trahissent son grand âge. En effet, la galaxie IC 1101 est tellement vaste et massive que de "petites" galaxies d'une taille similaire à la Voie Lactée ou de la galaxie d'Andromède l'ont percutée et ont finalement fusionné avec elle, transformant graduellement sa forme spirale en une forme elliptique avec des structures à peine visibles. Du rapprochement des premières galaxies à leur fusion, le processus d'interaction a probablement duré entre 5 et 8 milliards d'années selon la taille des galaxies.

Bien que très âgée, grâce à ces collisions et ces apports de gaz légers, cette immense galaxie continue à former de nouvelles étoiles. Mais elle comprend surtout de nombreuses étoiles riche en métaux dont la majorité sont âgées d'environ 11 milliards d'années (plus du double du Soleil) et présentent une couleur jaune-dorée qui lui a donné cette couleur typique.

A moins que d'autres jeunes galaxies ne fusionnent avec elle, dans quelques milliards d'années les vieilles étoiles qu'elle abrite s'éteindront et IC 1101 finira par se dissiper dans le vide du cosmos.

A1689B11, la galaxie spirale la plus ancienne

Dans un article publié en 2017, Tiantian Yuan de l'Université de Swinburne en Australie et ses collègues de l'Université Nationale Australienne (ANU) ont annoncé la découverte de la plus ancienne galaxie spirale nommée A1689B11. Elle se situe à 11 milliards d'années-lumière et existait donc déjà à peine 2.6 milliards d'années après le Big Bang, alors que l'Univers n'avait que 20 % de son âge actuel. C'est la plus ancienne galaxie spirale découverte à ce jour.

La galaxie spirale A1689B11 est située à 11 millards d'années-lumière. Sa détection a été facilitée par la présence dans notre ligne de visée d'un groupe massif de galaxies qui agit comme une lentille, produisant deux images amplifiées de la galaxie spirale dans deux positions différentes. Document James Josephides/SWIN.

Les chercheurs ont utilisé le spectromètre de champ proche infrarouge (NIFS) fixé sur le télescope Gemini North de 8.1 m de diamètre installé à Hawaii pour vérifier la distance de cette galaxie dont l'image fut amplifiée par l'effet de lentille gravitationnelle d'un amas de plusieurs milliers de galaxies mélangée à de la matière sombre situé dans la ligne de visée.

Grâce à cette technique, les astronomes ont pu étudier plusieurs galaxies très âgées en haute résolution avec des détails sans précédent.

Yuan et son équipe ont assisté à 11 milliards d'années-lumière de distance à la formation des premiers bras spiraux primitifs d'une galaxie. Selon Renyue Cen de l'Université de Princeton et coauteur de l'étude, "étudier des spirales anciennes comme A1689B11 est une clé pour découvrir le mystère de l'émergence de la séquence de Hubble. Les galaxies spirales sont exceptionnellement rares dans l'Univers primordial et cette découverte ouvre la porte à l'étude de la manière dont les galaxies passent de disques turbulents hautement chaotiques à des disques minces et calmes comme celui de notre propre Galaxie".

Selon Yuan, "la galaxie A1689B11 présente quelques caractéristiques surprenantes. Elle forme des étoiles à un taux 20 fois plus élevé que les galaxies d'aujourd'hui (environ 22 M par an contre 1 M par an) et aussi rapidement que d'autres galaxies de masses similaires découvertes dans l'Univers primordial. Mais à l'inverse des autres galaxies formées à la même époque, A1689B11 présente un disque très froid et mince, en rotation lente et avec étonnamment peu de turbulence. Ce type de galaxie spirale n'a jamais été observé auparavant à cette époque de l'Univers".

WISE J224607.57-052635.0, la galaxie la plus brillante de l'Univers

En mai 2015, une équipe internationale d'astronomes dirigée par Tsai Chao-Wei du JPL annonça dans l'Astrophysical Journal la découverte de la galaxie la plus lumineuse de l'Univers. La galaxie WISE J224607.57-052635.0 brille comme 330000 milliards de Soleil soit 3.3x1014 L ou environ 400 fois plus que la Voie Lactée.

La galaxie située à 12.5 milliards d'années-lumière a été observée en infrarouge lointain grâce au télescope orbital WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), en particulier à 12 et 22 μm (12000 et 22000 nm) où elle brille le plus fort. Elle appartient à la catégorie des Galaxies Infrarouges Extrêmement Lumineuses ou ELIRG.

Illustration artistique de la galaxie WISE J224607.57-052635.0. Doc T.Lombry.

Selon les astronomes, ce type de galaxie est probablement alimentée par un noyau galactique actif (AGN) mais caché. Celui-ci n'émet pas de jet et ne génère pas d'effet de lentille gravitationnel.

On suppose que cette galaxie hypermassive abrite un trou noir. Et pas n'importe lequel : un trou noir hypermassif dont la masse équivaut à des milliards de fois celle du Soleil à une époque où l'Univers avait 10% de son âge actuel.

Ceci confirme une fois de plus qu'au-delà 8 milliards d'années, les galaxies sont au moins 20 fois plus brillantes qu'aujourd'hui et que pratiquement toutes abritent un trou noir supermassif.

La matière noire et l'alignement des galaxies naines

En vertu de la gravité, en principe les galaxies satellites doivent se répartir de façon sphérique autour de la galaxie centrale. Ce principe est valable pour la Voie Lactée comme pour les amas de galaxies. Cette distribution peut-être simulée sur ordinateur sur de très longue périodes de temps.

Confrontant les observations aux modèles, dans les années 1930 Fritz Zwicky constata que ce modèle n'expliquait pas la distribution des galaxies satellites dans l'amas de Coma (Chevelure de Berenice) et évoqua pour la première fois l'influence d'une "matière noire", invisible et indétectable qui solidariserait l'ensemble et influencerait les déplacements de la matière. Cette matière noire serait omniprésente dans l'Univers et pourrait a priori également avoir un effet local sur la distribution des galaxies naines et même des étoiles au sein des galaxies.

Cette théorie fut révolutionnaire en son temps et même si elle explique plutôt bien la dynamique des galaxies et de leurs satellites, elle fait encore l'objet de débats très controversés. Et pour cause, le modèle Standard n'a pas usurpé son nom et tous les astronomes n'acceptent pas une théorie sans preuve, encore moins une théorie exotique, même si elle peut expliquer les observations.

Ces représentations illustrent le courant de galaxies, le flux galactique le long de la "super-autoroute" cosmique et sur le "pont de Virgo", dans la région entourant la Voie Lactée (MW), celle d'Andromède et de Centaurus A. Ces courants s'expliqueraient par l'alignement des galaxies le long de filaments de matière noire. Documents N.Libesking/AIP.

Les astronomes ont longtemps pensé que l'arrangement des galaxies dans les amas et des galaxies naines autour de la Voie Lactée résultait d'une distribution sphérique de la matière noire autour de la galaxie centrale. Cette substance hypothétique dont on ignore encore la composition et la structure n'interagit avec la matière ordinaire que par l'interaction gravitationnelle. Etant donné que cette force porte son influence à longues distances, la matière noire jouerait un rôle clé dans la formation des galaxies, l'expansion de l'univers, bref dans l'évolution du cosmos.

En 2014, l'astrophysicien Noam Libeskind et ses collègues de l'Institut Leibniz d'astrophysique de Potsdam, en Allemagne, ont découvert que les galaxies naines satellites de la Voie Lactée s'alignaient de façon particulière. Les résultats des recherches de Libesking (MNRAS, 2015) ont montré que ces galaxies seraient entraînées par des structures cosmiques de matière noire qui s'étendraient bien au-delà de la Voie lactée.

En effet, il existerait un réseau d'énormes filaments de matière noire le long desquels les galaxies naines s'aligneraient comme on le voit ci-dessus.

Mais reste la question qui fâche : où se trouve cette matière noire dont on parle ? L'a-t-on détectée ? Nous verrons en cosmologie qu'on a bien détecté certaines émissions X de gaz chaud (cf. l'amas NGC 2300 alias Arp 114) ainsi que des corps sombres mais quant à dire qu'il s'agit de la matière noire qu'on recherche, ce n'est pas tout à fait pareil. C'est l'une des raisons pour laquelle Pavel Kroupa parmi d'autres réfute cette théorie sous prétexte qu'il s'agit de spéculations non corroborées par l'observation. Or, les travaux de Libesking prouvent aujourd'hui que Kroupa se trompe et que ce modèle expliquerait mieux les observations que n'importe quelle autre théorie classique. Espérons que l'avenir apportera un peu de lumière sur cette matière noire insaisissable.

La nature des Globules Lyman-alpha

Les "Globules Lyman-alpha" ou Lyman-alpha blob (LAB) sont des immenses nuages de gaz d'hydrogène qui se sont formés à l'époque primordiale, quelques milliards d'années après le Big Bang. Très rares, les astronomes en ont répertorié seulement 35 en 2011. Un exemple est "SSA22-Lyman-alpha blob 1" mieux connu sous l'acronyme LAB-1 présenté ci-dessous qui fut découvert en 2000 par C.Steidel et son équipe grâce au télescope Subaru de 10 m de Mauna Kea.

LAB-1 a l'aspect d'une structure filamentaire noyée dans un halo diffus mesurant environ 300 millions d'années-lumière. Elle s'est formée vers z=3.1 soit à peine 2.3 milliards d'années après le Big Bang.

A gauche, le Globule Lyman-alpha LAB-1 découvert en 2006 à 11.5 milliards d'années-lumière. Au centre, représentation artistique de sa structure filamentaire. A droite, schéma expliquant la structure et le fondtionnement de LAB-1. Documents ESO et J.Geach et al./ESO adapté par l'auteur.

Grâce à de puissants algorithmes d'imagerie appliqués aux données (sub)millimétriques d'ALMA et du Télescope Spatial Hubble, les astronomes on pu réaliser une cartographie détaillée des sources d'émissions Ly-α de LAB-1. Le résultat a montré que les étoiles naissent à un rythme environ 100 fois supérieur à celui de la Voie Lactée (qui produit de nos jours environ 3 M chaque année, même si certaines associations stellaires comme RCW 38 peuvent en produire des centaines de fois plus).

Selon les résultats d'une simulation publiés en 2016 par Jim Geach de l'Université de Hertforshire et ses collègues pour le compte de l'ESO, comme illustré ci-dessus à droite, on estime aujourd'hui que l'aspect de LAB-1 s'explique par la présence de plusieurs noyaux très lumineux de galaxies massives émettant des photons Ly-α entourés de galaxies compagnons de faible masse. C'est la dispersion du rayonnement Ly-α dans notre ligne de visée qui produit le nuage diffus étendu.

Selon Geach, "Longtemps, l’origine de l’émission Lyman-alpha étendue est demeurée controversée. Mais la combinaison de nouvelles observations et de simulations de pointe nous a certainement permis de résoudre un mystère vieux de 15 ans : le globule LAB-1 constitue le site de formation d'une galaxie elliptique massive qui, un jour, occupera le centre d'un amas géant".

Comprendre les mécanismes de formation et d'évolution des galaxies est essentiel car on pense que ces LAB et autres LAE (Lyman-Alpha Emitters) auraient donné naissance aux galaxies les plus massives. L'étude du rayonnement Ly-α émis par les nuages étendus de gaz qui les enveloppe peut donc fournir des données cruciales pouvant renseigner les astronomes sur les processus à l'oeuvre au sein de ces jeunes entités explosant littéralement d'activité.

Le halo géant de la galaxie d'Andromède

Grâce au télescope Hubble, en 2015, les scientifiques ont découvert que la galaxie d'Andromède M31 est entourée d'un gigantesque halo. Comme la plupart des galaxies, ce halo est constitué de gaz invisible. Si nous savions déjà que la plupart des galaxies sont entourées d'un halo, celui-ci est beaucoup plus vaste qu'on l'imaginait.

Illustration du halo géant découvert en 2015 autour de la galaxie d'Andromède, M31. Ce halo 6 fois plus étendu et 1000 fois plus massif qu'on l'imaginait fut détecté grâce au télescope Hubble et l'analyse spectrale des quasars proches de la galaxie. Documents Hubble Site adaptés par l'auteur.

En effet, composé de gaz chaud (entre 10000-100000 K) principalement constitué d'hydrogène ionisé (des protons et des électrons flottant dans le vide intergalactique), il est si ténu que l'émission de l'hydrogène n'a pas pu être détectée.

Mais sachant que la plus grande partie de l'univers (83%) est constituée de matière sombre, en se basant sur les masses visible et sombre de M31, les astronomes s'attendaient à découvrir un tel halo autour de M31 mais il était indétectable.

Les astronomes ont étudié 18 quasars situés dans un rayon d'environ 30° autour de M31 et découvert dans la partie UV de leur spectre des raies d'absorption typique du halo de M31, ce qui leur permit de déterminer son étendue et sa masse.

Ce halo s'étend dans un rayon d'un million d'années-lumière; il est dix fois plus étendu qu'un halo classique. L'astrophysicien Nicolas Lehner de l'Université Notre Dame d'Indiana et ses collègues ont calculé que ce halo géant contient l'équivalent de 3 milliards de masse solaires dans un rayon de 200000 années-lumière et environ 10 milliards de masses solaires dans un rayon d'un million d'années-lumière, ce qui représente une masse 1000 fois supérieure à ce qu'on imaginait.

La galaxie naine Andromède XIV

Une nouvelle galaxie naine baptisée Andromède XIV, de forme légèrement elliptique, a été découverte en novembre 2007 en périphérie de la galaxie d'Andromède M31 par Steven Majewski de l'Université de Virginie et une équipe de chercheurs de l'UCLA. La galaxie se situe entre 630 et 850 kpc de distance, soit un peu plus de 2 millions d'années-lumière.

Cette découverte pourrait éclairer sous un nouveau jour la nature des galaxies naines et leur rôle potentiel dans la formation des galaxies.

La galaxie naine Andromède XIV indique que M31 est beaucoup plus massive que prévu. La plupart des galaxies naines résidant dans l'Amas Local sont de toutes évidences des satellites maintenus par la gravité en orbite autour de plus grandes galaxies. Mais Andromède XIV semble se déplacer trop rapidement (-206 km/s par rapport à M31) pour être liée gravitationnellement à M31.

Selon Majewski, pour qu'une nouvelle galaxie naine soit capturée par M31, cette dernière doit présenter une masse plus élevée et exercer une force gravitationnelle plus intense que les valeurs prédites par les modèles actuels. Un élément de la théorie ou notre interprétation n'est donc pas correcte.

En effet, il est également possible qu'Andromède XIV soit juste arrivée - à l'échelle des temps cosmiques - dans les parages de M31, venant d'une région reculée de l'espace. Dans ce cas, "si Andromède XIV n'est pas liée à M31 et est tombée dans son puits gravitationnel pour la première fois, cela démontre que nous n'avons pas encore identifié tous les membres de l'Amas Local", a expliqué Majewski.

Un nouveau membre comme celui-ci est une chance pour les astronomes. Andromède XIV représente pour les astrophysiciens une image unique, celle d'une galaxie naine dans un état relativement "pur", qui n'a subit aucune influence gravitationnelle de la part d'un corps plus massif au cours des derniers milliards d'années.

De nouvelles galaxies naines autour de la Voie Lactée

A ce jour, 35 objets ont été découverts orbitant autour de la Voie Lactée en comptant les deux Nuages de Magellan et la galaxie naine du Fourneau. 16 galaxies sont situés dans l'hémisphère Nord. Parmi tous ces objets, voici les plus remarquables.

Dwingeloo 1 : cette galaxie fut détectée par un radiotélescope néerlandais en 1994. Il s’agit d’une galaxie spirale barrée naine (SBcd) de magnitude 17.7 située à 3 Mpc (9.8 millions d'a.l.) dans la constellation de Cassiopée (A.D.: 02h56.9m, Décl.: +58°55’), derrière la Voie Lactée et donc quasiment invisible. Elle est un peu plus brillante que le fond stellaire. Elle présente un diamètre apparent de 4.2' soit d'envrion 4 kpc (13000 a.l.). Dwingeloo 1 s'éloigne de la Voie Lactée à environ 256 km/s.

Comme on le voit ci-dessous, Dwingeloo 1 se présente comme une tache oblonge dont le disque est inclinée à 50° par rapport à l'observateur. Elleest escortée par 2 petites galaxies satellites : Dwingeloo 2 et MB 3 et partie du groupe IC342/Maffei contenant à ce jour 24 membres dont une bonne moitié de petites galaxies irrégulières, la plupart découvertes par R.Kraan-Korteweg.

A gauche, Dwingeloo 1 cachée derrière la Voie Lactée. Au centre, la galaxie naine elliptique du Sagittaire SagDEG en incrustation sur une photographie de la Voie lactée. A droite, la galaxie naine du Fourneau (dE0) découverte en 1938 par Harlow Shapley. Documents IoA/U.Cambridge, R.Ibata/UBC; R.Wyse/JHU;R.Sword/IoA et ESO.

Les deux bras spiraux de Dwingeloo 1 s'étendent sur 180° à partir des extrémités de la barre, la galaxie tournant dans le sens anti-horloger.

De l'hydrogène neutre a été détecté jusqu'à 7.5' soit 6 kpc (20000 a.l.) du centre et sa distribution est typique des galaxies barrées, relativement plate avec un minimum au centre ou le long de la barre. La masse totale d'hydrogène neutre est estimé à 370-450 millions de masses solaires. Sa massetotale estimée jusqu'à 6 kpc est d'environ 31 milliards de masses solaires, équivalente celle de la galaxie M33 et 25% de celle de la Voie Lactée.

Dwingeloo 1 est pauvre en gaz moléculaire, la quantité totale d'hydrogène moléculaire ne dépassant pas 10% de celle de l'hydrogène neutre.
Enfin, des observations optiques ont permis de détecter environ 15 régions HII principalement le long des bras spiraux.

SagDEG : C'est en étudiant les étoiles carbonées du halo et en analysant les magnitudes, couleurs et mouvements propres de grands surveys stellaires que les astronomes R. Ibata, G. Gilmore et M. Irwin découvrirent en 1994 une concentration d'étoiles dans le Sagittaire. Une analyse spectrale et radioélectrique permirent de conclure qu'il s'agissait d'une galaxie naine membre de l'Amas Local.

Brillant à la magnitude 4.5 pour une magnitude absolue de -13.8, cette galaxie s'étend sur 3°10' x 8°10' aux coordonnées équatoriales 18h55.1m, -30° 29'. Elle se situe à environ 79600 années-lumière du Soleil et 50000 années-lumière du centre de la Galaxie et présente un diamètre de 10000 années-lumière. Il s'agit d'une galaxie naine de forme sphéroïde de classe dSph. Son nom officiel est SDG ou SagDEG (Sagittarius Dwarf Elliptical Galaxy), à ne pas confondre avec SagDIG (Sagittarius Dwarf Irregular Galaxy), un autre membre de l'Amas Local.

La galaxie naine du Sagittaire, alias SDG ou SagDEG découverte en 1994 par R.Ibata et ses collègues. Document NOT.

La masse de SagDEG est estimée à 180 millions de masses solaires et contient moins de 10000 masses solaires d'hydrogène atomique. Elle abrite 4 amas globulaires et 2 nébuleuses planétaires.

SagDEG présente une vitesse radiale de +142.1 km/s et un indice de couleur B-V=0.7. Elle paraît dont un peu plus jaune que le Soleil (~G5 contre G2 et B-V=0.63).

L'abondance de l'oxygène [(12+log(O/H)] est de 8.35, voisine de celle relevée dans le voisinage du Soleil (~8.75) et l'abondance de fer [Fe/H] est de -1.1, donc moins riche en éléments lourds que la Voie Lactée (+0.06). Ce manque de métaux - 20 fois moins que la Voie Lactée - s'explique probablement du fait qu'elle s'est formée il y a très longtemps, à une époque où les étoiles contenaient peu de métaux comparées aux étoiles qui se sont formées plus récemment et qui furent enrichies par les supernovae.

Selon des analyses conduites en 1998 par Rosemary Wyse de l'Université John Hopkins, cette petite galaxie est en train d'être absorbée par la Voie Lactée, se disloquant sous l'effet des puissantes forces gravitationnelles de notre Galaxie. Mais selon les simulations, SagDEG devrait déjà avoir disparue car elle serait déjà passée au moins 10 fois par la région centrale de la Voie Lactée au cours du dernier milliard d'années. On ne comprend pas comment elle a subsisté à ces turbulences, à moins de tenir compte de la présence de matière noire qui maintiendrait les étoiles ensemble par l'effet de la gravité.

La situation relativement proche de cette galaxie permet non seulement d'étudier sa composition mais également d'identifier les étoiles issues de SagDEG et s'étendant dans notre proche banlieue (à hauteur du bras extérieur à 3 kpc). Son étude apporter aussi des précisions sur la forme du potentiel Galactique, c'est-à-dire le potentiel gravitationnel qui traduit la répartition de la densité de masse totale.

IC342 : il s'agit d'une belle petite galaxie spirale Sc bleutée de magnitude 9.2 qui donna son nom au groupe. Elle mesure 23 kpc (75000 a.l.) pour un diamètre apparent de 36.3'.

On pense que IC342 s'est formée à la même époque que la Voie Lactée à partir d'un immense nuage d'hydrogène. Cette protogalaxie s'est effondrée sous les forces gravitationnelles et donna naissance à plusieurs amas de matière; l'un formant la Voie lactée, un autre M31 et quelques autres les membres du groupe Maffei dont IC342 ainsi que nos deux galaxies satellites, le Petit et le Grand Nuage de Magellan.

Il y a 5 ou 10 milliards d'années, le groupe IC342/Maffei se situait tout près de la galaxie d'Andromède alors que celle-ci venait d'absorber une galaxie naine. Pour retrouver son équilibre, M31 éjecta le groupe IC342 qui est aujourd'hui à la dérive dans l'Amas Local.

Eridanus 1, Horologium 1, Segue 1, Reticulum 2 et consorts : en étudiant la distribution de l'énergie sombre dans l'univers dans le cadre du projet Dark Energy Survey (DES) qui porte sur l'étude de 300 millions de galaxies dans un espace de 5000 degrés carrés de l'hémisphère Sud, en 2015 une équipe d'astronomes de l'Université de Cambridge a découvert 11 nouveaux objets orbitant autour de la Voie Lactée.

Ces objets sont des milliards de fois plus pâles que la Voie Lactée et un million de fois moins massives. Le plus proche se situe à environ 95000 années-lumière (Horologium 1), tandis que le plus éloigné se situe à 1.2 millions d'années-lumière (Eridanus 1).

Distribution des galaxies naines (jaunes) et des nouveaux objets orbitant autour de la Voie Lactée. A droite, cette photographie du ciel austral prise à l'Observatoire du Mt Paranal au Chili présente 6 des 9 objets extragalactiques découverts en 2015. Documents IaO/Carnegie Observatories.

Trois parmi ces objets sont des galaxies naines contenant à peine 5000 étoiles, les huit autres pouvant être soit des galaxies naines soit des amas globulaires. Les plus grands objets couvrent une surface de 13'x13' dans le ciel, soit à peine le quart de la Lune.

Fait intéressant, Reticulum 2 est un émetteur gamma, ce qui suggère qu'il abrite autre chose que quelques milliers d'étoiles ordinaires. C'est un bon candidat pour la recherche de matière noire.

Le gauchissement des galaxies

Les astronomes ont découvert que le noyau de M31 présente une légère diffusion stellaire asymétrique dans un secteur bien précis, un phénomène de gauchissement (warping) provoqué par une perturbation gravitationnelle, vraisemblablement par le passage de la galaxie M32. Le fait était soupçonné mais non démontré jusqu'à présent. Ce sont des photographies à longues poses prises à partir de l'Observatoire de Lick qui ont révélé le phénomène. Des simulations par interpolation numérique (SPH) ont également permis de démontrer que ce gauchissement était également présent dans le noyau Galactique. Il est provoqué par le passage de la galaxie naine du Sagittaire SagDEG.

Le gauchissement gravitationnel

A gauche, cette image surexposée du noyau de M31 montre clairement son gauchissement provoqué par une perturbation gravitationnelle. A droite, une simulation du gauchissement du noyau Galactique provoqué par le passage de la galaxie naine du Sagittaire SagDEG. Documents UCO/Lick Observatory et Université de Strasbourg.

En fait, près de 90% des galaxies possèdent un gauchissement plus ou moins développé. Dans le cas de M31 par exemple, même si M32 a accentué le warp, selon les astronomes il existait déjà sans doute auparavant.

La plupart des galaxies présentent donc un gauchissement, souvent lié à des contraintes internes, structurelles. Ainsi la galaxie spirale barrée ESO 510-13 de l'Hydre présentée ci-dessous, affiche une bande de poussière gauchie qui s'est formée récemment. Pour les astrophysiciens de l'ESO cette bande de poussière qui a peut-être été gauchie suite à la fusion avec une galaxie elliptique représente en fait les bras extérieurs de la galaxie. Ce disque est en train de se stabiliser et deviendra plat à l'image de la forme caractéristique du disque de poussière qui entoure la galaxie M104 "Sombrero".

Le gauchissement structurel

A gauche, la galaxie spirale barrée ESO-510-13 dont la bande de poussière gauchie est en train de se stabiliser. D'ici quelques millions d'années cette galaxie ressemblera à M104 (à droite). Documents ESA/HST et HST.

Origine du gauchissement de M31

La galaxie d'Andromède a fait l'objet de très nombreuses études. Beaucoup de simulations de l'interaction entre M31 et M32 (une galaxie elliptique E2 de 8000 années-lumière de diamètre) ont été effectuées.

En 1976, G.Byrd (ApJ 208, p688) avait déjà exploré la cinématique des forces de marée d'une rencontre, en simulant M31 avec des particles-test sans auto-gravité, pour essayer de compendre comment le gauchissement (warp) apparaissait. Il existe une infinité de possibilités. Parmi les études plus récentes, en 2006 Karl D.Gordon et son équipe (ApJ 638, L87) ont proposé que M32 aurait juste fait le "trou" situé au sud-ouest de M31.

Grâce au télescope spatial Spitzer, des chercheurs du CfA et du CNRS ont découvert en 2006 une nouvelle onde de densité mesurant 1x1.5 kpc à 0.5 kpc du centre de la galaxie d'Andromède. La simulation proposée par Françoise Combes et ses collègues du CNRS reproduit l'ensemble de la morphologie de M31 et relie les deux anneaux, l'anneau interne qui n'avait pas encore été découvert, l'anneau externe situé à 10 kpc du centre ainsi que le warp.

A gauche, zoom sur M32, la galaxie elliptique (E2) et satellite de M31 située près des bras extérieurs de la galaxie et dont voici une magnifique vue générale et un gros-plan. A droite, simulation de la collision et du passage de M32. Les dates sont exprimées en millions d'années. Noter la formation de deux ondes de densité dans l'image c. La position de M32 dans l'image d est compatible avec son emplacement actuel. Documents Robert Gendler et IPAC/2Mass.

Les astronomes restent toutefois prudents et proposent que M32 n'est qu'un responsable possible de cette déformation. En effet, il y a beaucoup d'autres compagnons autour de M31, et qui sait, M31 a peut-être subi une fusion récente, comme en témoignent beaucoup de déformation, queues de marée, boucles d'étoiles et disque étendu à grande distance du centre, voir notamment les travaux de Rodrigo A. Ibata et son équipe réalisés en 2005 (ApJ 634, p287).

Selon les simulations de Françoise Combes et son équipe, la petite galaxie M32 aurait plongé dans le disque de M31 le long de son axe polaire il y a environ 210 millions d'années. L'existence du grand anneau externe et du petit anneau interne incliné est compatible avec le passage de M32 et le gauchissement du disque comme on le voit ci-dessus. La découverte fut publiée dans le magazine "Nature" le 19 octobre 2006 et rapportée sur ArXiv.

Le fait que M31 ait été peu affectée par cette perturbation s'explique par le fait qu'au moment de la collision M32 était beaucoup plus compacte et 10 fois moins massive (13 fois en excluant la matière sombre soit environ 30 milliards de masses solaires) que la galaxie d'Andromède. Les chercheurs ont comparé cet événement à la collision entre un semi-remorque de 18 roues (M31) et une voiture (M32); le camion présenterait relativement peu de dégâts alors que la voiture serait sinistrée. Un phénomène analogue est arrivé à M32 qui sous l'effet du choc et de la réorganisation de la matière a perdu la moitié de sa masse et s'est transformée en galaxie naine sans se disloquer.

Image infrarouge prise par le télescope spatial Spitzer révélant l'anneau externe à 10 kpc du centre et un nouvel anneau interne d'environ 1x1.5 kpc à 0.5 kpc du centre. Ces deux ondes de densité sont compatibles avec une collision quasi frontale correspondant au passage de M32. Document CNRS/CfA.

En attendant de découvrir éventuellement d'autres objets dans notre Amas Local et tous les acteurs qui participent au Grand Attracteur, nous verrons dans d’autres chapitres que l'espace contient d'autres êtres sidéraux étranges qui nous permettent de mieux comprendre le mécanisme extraordinairement complexe de l'univers, pour ne citer que les quasars et les trous noirs.

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Les galaxies les plus lointaines

La structure de l'Univers (les superamas).

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