Regardant le ciel étoilé, l'Univers profond apparaît calme et mystérieux. Il est difficile d'imaginer que l'ancienne galaxie naine Encelade est violemment entrée en collision et a été déchirée par notre propre galaxie de la Voie Lactée, laissant derrière eux les cris d'une toute nouvelle génération d'enfants du géant aux cent mains.

Récemment, SCIENCE CHINE :Physique, Mécanique &Astronomie a publié un article (Editor's Focus) intitulé "Low-α Metal-rich stars with sausage cinematics in the LAMOST survey:Are they from the Gaia-Sausage-Encelade Galaxy ?" co-écrit par Gang Zhao et Yuqin Chen, chercheurs des Observatoires Astronomiques Nationaux, Académie chinoise des sciences. L'article décrit le processus tortueux de la disparition mystérieuse de la galaxie naine Gaia-Sausage-Encelade (GSE) lors d'un événement de fusion majeur qui s'est produit il y a longtemps au début de l'histoire de la Voie lactée, et raconte comment les auteurs recherchent leurs étoiles membres via une méthode d'exploration par trajets multiples. Simultanément, deux commentaires du professeur Yipeng Jing de l'université Jiao Tong de Shanghai et du professeur Zhanwen Han de l'observatoire du Yunnan ont été publiés.

Danse avec les loups — L'accrétion du GSE par la Voie lactée

Dans la famille cosmique, il y a des galaxies massives comme la Voie Lactée et la galaxie d'Andromède, mais plus nombreux sont les membres des galaxies naines comme le Sagittaire, les Nuages ​​de Magellan, et GSE. Dans sa longue histoire évolutive, la Voie Lactée a constamment interagi, collision, et finalement fusionner avec les galaxies naines voisines, conduisant à la formation de nombreuses sous-structures. En 2018, le satellite Gaia de l'Agence spatiale européenne a détecté la structure dite "Gaia-Sausage" dans l'espace de vitesse, qui sont les débris de la galaxie naine GSE après avoir "dansé" avec la Voie lactée. Des simulations numériques ont révélé que la galaxie naine GSE est entrée en collision frontale avec la Voie lactée et a été enfouie profondément dans le centre galactique il y a 10 milliards d'années. La forte force d'impact dans le plus grand disque « chauffé » par éclaboussures s'élève jusqu'au halo galactique, au-dessus de 4 kpc du plan galactique. Il s'agit du plus grand événement de fusion de l'histoire ancienne de la Voie lactée. Cette découverte est une étape importante dans le domaine de la recherche sur la formation et l'évolution des galaxies.

Être vers la mort - La fusion de GSE apporte une nouvelle vitalité dans la galaxie

Après la chute de la galaxie naine GSE dans la Voie lactée, cette famille était complètement dissoute, et il est difficile de trouver ses étoiles membres dans l'espace. À la recherche de ces étoiles membres disparues, Le professeur Gang Zhao a proposé une exploration multi-trajets sur les débris GSE basée sur l'enquête LAMOST, qui a ouvert une nouvelle voie pour trouver les empreintes de fusion dans l'espace des vitesses, espace orbital, et l'espace chimique en combinant les forces de deux grands relevés spectraux et astrométriques. Sur la base des données LAMOST et Gaia, lui et son collègue ont sélectionné d'éventuelles étoiles membres du GSE dans l'espace de vitesse. Ensuite, ils ont adopté les abondances chimiques comme test ADN pour l'identification des membres, puisque la composition chimique ne varie pas avec les positions ou les mouvements stellaires. Au total, ils ont identifié 1534 étoiles membres riches en métaux à faible α de GSE parmi les 8 millions d'étoiles des données LAMOST. Il s'agit de la première découverte d'un composant riche en métaux à faible teneur en α de la galaxie GSE. Ce composant nouvellement découvert s'étend naturellement du composant pauvre en métal précédemment détecté.

Ils ont calculé les distributions spatiales et estimé les âges de ces étoiles membres. Étonnamment, les étoiles sont jeunes, mais atteindre 4 kpc au-dessus du plan galactique. Depuis la fusion du GSE il y a 10 milliards d'années, quand ces stars membres n'étaient même pas nées, il est impossible que le processus "splash" puisse amener les étoiles du disque à des positions aussi élevées. Cela a causé un doute sur l'image précédente du processus de fusion de GSE. Zhao et Chen ont suggéré que ces étoiles membres riches en métaux à faible α n'avaient pas subi le processus d'éclaboussure mais étaient nouvellement formées à partir du gaz riche en métaux de la fusion GSE au cours de l'évolution ultérieure. Cette suggestion est cohérente avec la simulation hydrodynamique d'Amarante et al. qui produit une chimie de disque bimodale. Observationnellement, ce travail prouve que la galaxie naine GSE est un analogue agglutiné de la voie lactée, qui met à jour notre compréhension de l'évolution chimique de la galaxie GSE.

La fusion GSE est même indispensable à l'évolution de la Voie lactée. Cela a non seulement apporté des étoiles membres de GSE avec une composition chimique différente, mais a également changé la répartition des étoiles dans la Voie lactée. Quoi de plus, il a apporté du gaz riche en métaux et déclenché la formation d'une nouvelle étoile, rayonner une nouvelle vitalité dans la Voie lactée.

Un avenir prometteur :unir les mains pour construire la maison de la Voie lactée et marcher vers la galaxie d'Andromède

Afin de vérifier la chimie du disque bimodal de la galaxie GSE, les auteurs ont étudié la distribution dans l'espace orbital des étoiles membres riches en métaux du GSE partageant la même vitesse mais une chimie différente. On constate que les étoiles riches en métaux à élevé et à faible α présentent les mêmes amas et bandes, ce qui suggère qu'ils sont tous accrétés de GSE et répondent au potentiel gravitationnel galactique de la même manière. De façon intéressante, la bande dense à Zmax=3-5 kpc forme une transition disque-halo claire à 4 kpc du plan galactique.

Comment la fusion GSE a-t-elle formé cette transition ? Cela est dû à l'effet d'observation causé par la vitesse unique des étoiles membres du GSE sous l'influence du potentiel gravitationnel de la Voie lactée. Étant donné que les membres du GSE ont une rotation presque nulle et que leurs vitesses verticales à Zmax (le point le plus élevé de leurs orbites) sont également nulles, ils passent plus de temps à Zmax qu'à d'autres positions (vitesse non nulle), conduisant à un empilement d'étoiles à |Z|~ 4 kpc. C'est comme les voitures sur l'autoroute. Lorsque vous êtes coincé dans un embouteillage, la vitesse est très faible, et vous pouvez voir beaucoup de voitures regroupées, alors que peu de voitures sont montrées à un endroit donné où la vitesse est élevée. Comme un grand nombre d'étoiles membres de GSE ont Zmax=3-5 kpc, nous observons une région de haute densité à |Z|~4kpc. Puisque leurs vitesses radiales ne sont ni nulles ni identiques, ce que nous voyons n'est pas un bloc, mais une longue bande.

Pourquoi cette transition disque-halo ne peut-elle pas être causée par d'autres galaxies naines ? La transition dépend non seulement des caractéristiques de vitesse et de la masse de la galaxie naine, mais aussi la masse de la Voie lactée et le moment où l'événement de fusion s'est produit. Parce que le GSE tourne à vitesse nulle et entre en collision frontale avec la Voie lactée, ainsi que répond en permanence au potentiel gravitationnel de la Voie lactée, ses étoiles membres montrent cette caractéristique orbitale unique. D'autres galaxies naines ont probablement produit des amas ailleurs. Par exemple, la galaxie naine du Sagittaire a fusionné avec la Voie lactée à une inclinaison inférieure, et leurs étoiles membres se sont regroupées à l'apogée de leurs orbites à environ 30 kpc, qui est considéré comme la transition entre le halo intérieur et extérieur de la Voie lactée. Étant donné que les autres galaxies naines n'ont pas les caractéristiques orbitales du GSE et ne contribuent pas à la transition |Z|=4 kpc, nous concluons qu'il s'agit d'une empreinte laissée uniquement par l'événement de fusion GSE.

Pendant des décennies, 4 kpc a été adopté comme transition disque-halo sans connaître la raison de sa formation. C'est la première fois que l'on révèle le mécanisme physique par lequel l'événement de fusion GSE provoque la séparation apparente du halo galactique et du disque à 4 kpc. C'est une véritable représentation des enfants du géant aux cent mains (GSE) travaillant ensemble pour construire notre maison de la Voie lactée.

Heures supplémentaires, les descendants du GSE et des habitants galactiques ont fusionné et sont devenus indiscernables en position, cinématique, et l'espace chimique. Sous l'attraction de la gravité, ils marchent vers la lointaine galaxie d'Andromède. Selon la dernière simulation numérique, nos générations futures pourront assister de près et personnellement à la collision spectaculaire des deux grandes galaxies dans 4 milliards d'années. Finalement, notre Voie Lactée et Andromède fusionneront pour devenir une nouvelle galaxie, mais notre système solaire devrait survivre dans cet événement de fusion.

Le futur télescope de la station spatiale chinoise (CSST) de 2 mètres présente de grands avantages dans la recherche systématique des empreintes laissées par le GSE et dans l'étude des interactions entre la Voie lactée et la galaxie d'Andromède. Si vous êtes intéressé par plus d'histoires de collisions et de fusions de galaxies, restez à l'écoute pour d'autres révélations du projet CSST à l'avenir.