Les scientifiques savent depuis un certain temps que les galaxies peuvent se développer par la fusion de galaxies plus petites, mais l'ascendance de notre propre galaxie de la Voie Lactée est un mystère de longue date. Maintenant, une équipe internationale d'astrophysiciens a réussi à reconstituer le premier arbre généalogique complet de notre galaxie d'origine en analysant les propriétés des amas globulaires en orbite autour de la Voie lactée avec l'intelligence artificielle. L'ouvrage est publié dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

Les amas globulaires sont des groupes denses comptant jusqu'à un million d'étoiles presque aussi vieilles que l'Univers lui-même. La Voie lactée héberge plus de 150 clusters de ce type, dont beaucoup se sont formés dans les petites galaxies qui ont fusionné pour former la galaxie dans laquelle nous vivons aujourd'hui. Les astronomes soupçonnent depuis des décennies que les âges anciens des amas globulaires signifieraient qu'ils pourraient être utilisés comme « fossiles » pour reconstituer les premières histoires d'assemblage des galaxies. Cependant, ce n'est qu'avec les derniers modèles et observations qu'il est devenu possible de réaliser cette promesse.

Une équipe internationale de chercheurs dirigée par le Dr Diederik Kruijssen du Centre d'astronomie de l'Université de Heidelberg (ZAH) et le Dr Joel Pfeffer de l'Université John Moores de Liverpool a maintenant réussi à déduire l'histoire de la fusion de la Voie lactée et à reconstruire son arbre généalogique, en utilisant uniquement ses amas globulaires.

Pour y parvenir, ils ont développé une suite de simulations informatiques avancées de la formation de galaxies semblables à la Voie lactée. Leurs simulations, appelé E-MOSAICS, sont uniques car ils incluent un modèle complet pour la formation, évolution, et la destruction des amas globulaires.

Dans les simulations, les chercheurs ont pu relier les âges, compositions chimiques, et les mouvements orbitaux des amas globulaires aux propriétés des galaxies progénitrices dans lesquelles ils se sont formés, il y a plus de 10 milliards d'années. En appliquant ces informations à des groupes d'amas globulaires de la Voie lactée, ils pouvaient non seulement déterminer combien d'étoiles ces galaxies progénitrices contenaient, mais aussi quand ils ont fusionné dans la Voie Lactée.

"Le principal défi de relier les propriétés des amas globulaires à l'histoire de la fusion de leur galaxie hôte a toujours été que l'assemblage des galaxies est un processus extrêmement désordonné, au cours de laquelle les orbites des amas globulaires sont complètement remaniées, " explique Kruijssen.

"Pour donner un sens au système complexe qui subsiste aujourd'hui, nous avons donc décidé d'utiliser l'intelligence artificielle. Nous avons formé un réseau de neurones artificiels sur les simulations E-MOSAICS pour relier les propriétés de l'amas globulaire à l'histoire de la fusion de la galaxie hôte. Nous avons testé l'algorithme des dizaines de milliers de fois sur les simulations et avons été étonnés de la précision avec laquelle il a pu reconstruire les historiques de fusion des galaxies simulées, en utilisant uniquement leurs populations d'amas globulaires."

Inspiré par ce succès, les chercheurs ont entrepris de déchiffrer l'histoire de la fusion de la Voie lactée. Pour y parvenir, ils ont utilisé des groupes d'amas globulaires qui se seraient chacun formés dans la même galaxie progénitrice en fonction de leur mouvement orbital. En appliquant le réseau de neurones à ces groupes d'amas globulaires, les chercheurs pouvaient non seulement prédire les masses stellaires et les temps de fusion des galaxies progénitrices avec une grande précision, mais il a également révélé une collision jusqu'alors inconnue entre la Voie lactée et une galaxie énigmatique, que les chercheurs ont nommé "Kraken".

"La collision avec Kraken a dû être la fusion la plus importante que la Voie Lactée ait jamais connue, " ajoute Kruijssen. " Avant, on pensait qu'une collision avec la galaxie Gaia-Encelade-Sausage, qui a eu lieu il y a 9 milliards d'années, était le plus grand événement de collision. Cependant, la fusion avec Kraken a eu lieu il y a 11 milliards d'années, quand la Voie Lactée était quatre fois moins massive. Par conséquent, la collision avec Kraken a dû vraiment transformer ce à quoi ressemblait la Voie lactée à l'époque."

Pris ensemble, ces découvertes ont permis à l'équipe de chercheurs de reconstruire le premier arbre de fusion complet de notre Galaxie. Au cours de son histoire, la Voie lactée a cannibalisé environ cinq galaxies avec plus de 100 millions d'étoiles, et une quinzaine avec au moins 10 millions d'étoiles. Les galaxies progénitrices les plus massives sont entrées en collision avec la Voie lactée il y a entre 6 et 11 milliards d'années.

Les chercheurs s'attendent à ce que leurs prédictions stimulent de futures études pour rechercher les restes de ces galaxies progénitrices. "Les débris de plus de cinq galaxies progénitrices ont maintenant été identifiés. Avec les télescopes actuels et à venir, il devrait être possible de les trouver tous, " conclut Kruijssen.