Sur la gauche se trouve une image de la galaxie Sombrero (M104) qui comprend une partie du halo beaucoup plus faible loin à l'extérieur de son disque brillant et de son renflement. Hubble a photographié deux régions du halo (dont l'une est représentée par la boîte blanche). Les images sur la droite zooment pour montrer le niveau de détail capturé par Hubble. La boite orange, un petit sous-ensemble de la vue de Hubble, contient une myriade d'étoiles de halo. La population stellaire augmente en densité plus près du disque de la galaxie (boîte bleue du bas). Chaque cadre contient un amas globulaire brillant d'étoiles, dont il y en a beaucoup dans le halo de la galaxie. Le halo du Sombrero contenait plus d'étoiles riches en métaux que prévu, mais encore plus étrange était la quasi-absence de l'ancien, des étoiles pauvres en métaux que l'on trouve généralement dans les halos des galaxies massives. De nombreux amas globulaires, cependant, contiennent des étoiles pauvres en métaux. Une explication possible des caractéristiques déroutantes du Sombrero est qu'il est le produit de la fusion de galaxies massives il y a des milliards d'années, même si l'apparence lisse du disque et du halo de la galaxie ne montre aucun signe d'une perturbation aussi énorme. Crédit :NASA/Digitized Sky Survey/P. Goudfrooij (STScI)/L'équipe du patrimoine Hubble (STScI/AURA)
De nouvelles données surprenantes du télescope spatial Hubble de la NASA suggèrent la douceur, Le "bord" installé du disque de la galaxie Sombrero pourrait cacher un passé mouvementé. La netteté et la sensibilité de Hubble résolvent des dizaines de milliers d'étoiles individuelles dans le vaste, halo étendu, la région au-delà de la partie centrale d'une galaxie, généralement composé d'étoiles plus anciennes. Ces dernières observations du Sombrero bouleversent la théorie conventionnelle, ne montrant qu'une infime fraction des plus âgés, étoiles pauvres en métal dans le halo, plus une abondance inattendue d'étoiles riches en métaux que l'on ne trouve généralement que dans le disque d'une galaxie, et le renflement central. Les fusions de galaxies majeures passées sont une explication possible, bien que le majestueux Sombrero ne montre aucune des preuves désordonnées d'une fusion récente de galaxies massives.
"Le Sombrero a toujours été une galaxie un peu étrange, c'est ce qui le rend si intéressant, " a déclaré Paul Goudfrooij du Space Telescope Science Institute (STScI), Baltimore, Maryland. "Les mesures de métallicité de Hubble (c'est-à-dire, l'abondance d'éléments lourds dans les étoiles) sont une autre indication que le Sombrero a beaucoup à nous apprendre sur l'assemblage et l'évolution des galaxies."
"Les observations de Hubble sur le halo du Sombrero bouleversent notre compréhension généralement acceptée de la composition et de la métallicité des galaxies, " a ajouté le co-investigateur Roger Cohen de STScI.
Longtemps un favori des astronomes et des observateurs amateurs du ciel pour sa beauté lumineuse et sa structure curieuse, la galaxie Sombrero (M104) a maintenant un nouveau chapitre de son étrange histoire - un halo étendu d'étoiles riches en métaux avec à peine un signe des étoiles pauvres en métaux attendues qui ont été observées dans les halos d'autres galaxies. Des chercheurs, perplexe sur les données de Hubble, se sont tournés vers des modèles informatiques sophistiqués pour suggérer des explications à l'inversion déroutante de la théorie galactique conventionnelle. Ces résultats suggèrent la possibilité tout aussi surprenante de fusions majeures dans le passé de la galaxie, bien que la structure majestueuse du Sombrero ne porte aucune preuve de perturbation récente. Les découvertes inhabituelles et les explications possibles sont publiées dans le Journal d'astrophysique .
"L'absence d'étoiles pauvres en métal a été une grosse surprise, " dit Goudfrooij, "et l'abondance d'étoiles riches en métaux n'a fait qu'ajouter au mystère."
Dans le halo d'une galaxie, les astronomes s'attendent à trouver des générations d'étoiles antérieures avec des éléments moins lourds, appelés métaux, par rapport aux villes stellaires surpeuplées du disque principal d'une galaxie. Les éléments sont créés par le processus stellaire de « cycle de vie », et plus une galaxie a eu d'étoiles traversant ce cycle, plus le gaz est riche en éléments et plus les étoiles qui se forment à partir de ce gaz sont métalliques. Ces plus jeunes, les étoiles à haute métallicité se trouvent généralement dans le disque principal de la galaxie où la population stellaire est la plus dense - ou ainsi va la sagesse conventionnelle.
Pour compliquer les faits, la présence de nombreux anciens, amas globulaires d'étoiles pauvres en métaux. Ces plus âgés, les étoiles pauvres en métaux devraient éventuellement sortir de leurs amas et faire partie du halo stellaire général, mais ce processus semble avoir été inefficace dans la galaxie Sombrero. L'équipe a comparé leurs résultats avec des simulations informatiques récentes pour voir quelle pourrait être l'origine de ces mesures de métallicité inattendues dans le halo de la galaxie.
Les résultats ont également défié les attentes, indiquant que le Sombrero non perturbé avait subi une accrétion majeure, ou fusion, événements il y a des milliards d'années. Contrairement à notre galaxie de la Voie lactée, qui aurait englouti de nombreuses petites galaxies satellites dans des accrétions dites "mineures" sur des milliards d'années, une accrétion majeure est la fusion de deux ou plusieurs galaxies massives similaires qui sont riches en générations ultérieures, étoiles de plus haute métallicité.
Les galaxies satellites ne contenaient que des étoiles à faible métallicité qui étaient en grande partie de l'hydrogène et de l'hélium provenant du big bang. Les éléments plus lourds devaient être préparés dans les intérieurs stellaires par nucléosynthèse et incorporés dans les étoiles de la génération suivante. Ce processus était plutôt inefficace dans les galaxies naines telles que celles autour de notre Voie lactée, et plus efficace dans les plus grands, galaxies plus évoluées.
Les résultats pour le Sombrero sont surprenants car son disque lisse ne montre aucun signe de perturbation. Par comparaison, de nombreuses galaxies en interaction, comme les galaxies emblématiques des Antennes, tirent leur nom de l'apparence déformée de leurs bras spiraux en raison des forces de marée de leur interaction. Les fusions de galaxies de même masse se fondent généralement en grandes, galaxies elliptiques lisses avec des halos étendus, un processus qui prend des milliards d'années. Mais le Sombrero n'a jamais tout à fait correspondu à la définition traditionnelle d'une galaxie spirale ou elliptique. C'est quelque part entre les deux, un hybride.
Pour ce projet particulier, l'équipe a choisi le Sombrero principalement pour sa morphologie unique. Ils voulaient découvrir comment de telles galaxies « hybrides » auraient pu se former et s'assembler au fil du temps. Des études de suivi des distributions de métallicité des halos seront effectuées avec plusieurs galaxies à des distances similaires à celle du Sombrero.
L'équipe de recherche attend avec impatience les futurs observatoires poursuivant l'enquête sur les propriétés inattendues du Sombrero. Le télescope d'enquête infrarouge à grand champ (WFIRST), avec un champ de vision 100 fois supérieur à celui de Hubble, sera capable de capturer une image continue du halo de la galaxie tout en captant plus d'étoiles en lumière infrarouge. Le télescope spatial James Webb sera également précieux pour sa résolution semblable à celle de Hubble et sa sensibilité infrarouge plus profonde.
