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    Repérer les galaxies en fusion

    Une image Hubble d'une fusion présumée de galaxies à environ sept cents millions d'années-lumière. Serait-ce en fait une seule galaxie spirale ? Un nouvel article propose un algorithme pour décider. La méthode a été développée avec des techniques de formation informatique appliquées à un million d'images de galaxies fusionnantes simulées. Crédit :NASA/Hubble; Kim et al. 2013

    Il y a plus de 30 ans, le satellite d'astronomie infrarouge a découvert que l'univers contenait de nombreuses galaxies extrêmement lumineuses, certains plus de mille fois plus lumineux que notre propre Voie Lactée, mais qui sont pratiquement invisibles aux longueurs d'onde optiques. Ces galaxies sont alimentées par des rafales de formation d'étoiles enfouies profondément dans des nuages ​​​​de poussière et de gaz. La poussière absorbe la lumière ultraviolette tout en rayonnant à des longueurs d'onde infrarouges. Dans de nombreux cas, l'hyperactivité a été déclenchée par une rencontre collisionnelle entre galaxies qui a facilité l'effondrement du gaz interstellaire en de nouvelles étoiles.

    Les collisions entre galaxies sont fréquentes. En effet, la plupart des galaxies ont probablement été impliquées dans une ou plusieurs rencontres au cours de leur vie, faisant de ces interactions une phase importante de l'évolution des galaxies et de la formation des étoiles dans l'univers. La voie Lactée, par exemple, est lié par gravité à la galaxie d'Andromède et s'en approche à une vitesse d'environ 50 kilomètres par seconde; on s'attend à ce que nous nous rencontrions dans un autre milliard d'années. Dans l'univers local, environ cinq pour cent des galaxies sont actuellement en fusion, et les fusions peuvent généralement être facilement identifiées par les distorsions morphologiques visibles qu'elles produisent, telles que les queues de marée balayant les disques galactiques.

    Toutes les galaxies lumineuses infrarouges ne présentent pas de telles distorsions, cependant, et la question de l'identification (et de la classification) des fusions devient particulièrement problématique pour les études d'époques cosmiques antérieures lorsque les taux de formation d'étoiles étaient beaucoup plus élevés qu'aujourd'hui, et lorsque le taux de fusion des galaxies était également plus élevé. (De plus, de tels systèmes sont préférentiellement découverts dans les études de galaxies profondes précisément parce qu'ils sont si lumineux.) Mais les galaxies du cosmos lointain sont trop éloignées pour détecter des signatures spatiales comme des bras de marée (au moins avec les télescopes actuels). Il est possible que d'autres processus que la formation d'étoiles induite par la fusion éclairent certaines de ces galaxies brillantes, par exemple, l'accrétion de trous noirs supermassifs peut émettre de grandes quantités de rayonnement ultraviolet. En raison de tels cas, les estimations de la formation d'étoiles dans l'univers primitif basées sur les seules mesures de luminosité pourraient être incorrectes.

    L'astronome du CfA Lars Hernquist est un pionnier dans le développement de simulations informatiques de galaxies en fusion. Il y a plusieurs années, lui et une équipe de collègues ont produit une nouvelle simulation massive de la formation et de l'évolution des galaxies dans l'univers, appelé Illustris. Dans un nouvel article basé sur des images simulées par Ilustris de galaxies en fusion, les astronomes présentent un moyen d'aider à identifier quand les systèmes imagés sont des fusions. Ils ont créé environ un million d'images synthétiques du télescope spatial Hubble et James Webb à partir de leurs fusions simulées, puis recherché des indicateurs morphologiques communs de fusion. Ils ont développé un algorithme qui a réussi à identifier les fusions à un niveau d'achèvement d'environ soixante-dix pour cent sur des distances allant jusqu'à quatre-vingt-cinq milliards d'années-lumière (la valeur de distance actuelle), correspondant à la lumière datant de l'époque d'environ 2 milliards d'années après le big bang. Les résultats de l'algorithme ont indiqué que les caractéristiques spatiales associées à de fortes concentrations centrales (ou renflements) étaient les plus importantes pour sélectionner les fusions passées, tandis que les noyaux doubles et les asymétries étaient les plus importants pour sélectionner les fusions futures (c'est-à-dire, dans les 250 millions d'années à venir). Le nouvel algorithme sera particulièrement utile lorsqu'il sera appliqué aux futures images Webb de fusions très éloignées.


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