Comment les grandes galaxies, comme notre propre Voie lactée et la galaxie d'Andromède toute proche, sortir de la soupe sans relief qui existait après la naissance de notre univers ?

Des décennies d'observations et d'efforts théoriques ont fourni une image dans laquelle les atomes se regroupent en galaxies, attiré par l'attraction gravitationnelle de la matière noire. Nos univers synthétiques, créé et évolué sur les supercalculateurs les plus puissants, correspondent parfaitement à la répartition des galaxies que nous voyons dans l'univers.

Comprendre les détails à petite échelle va occuper les astronomes pour les décennies à venir, mais il semble que les galaxies se construisent au fil du temps en accrétant (rassemblant) des systèmes plus petits qui s'éloignent trop près.

Et au cours des dernières décennies, il est devenu clair que le halo stellaire ténu qui entoure les grandes galaxies détient les indices de l'histoire de l'accrétion des galaxies.

Dissection des galaxies

Une grande galaxie spirale peut être divisée en trois éléments clés :le renflement, le disque et le halo.

Le renflement et le disque abritent la grande majorité des centaines de milliards d'étoiles qui composent la galaxie, alors que seulement 1% des étoiles se trouvent dans le halo qui enveloppe une galaxie.

Le halo abrite certaines des étoiles les plus anciennes d'une galaxie. Il abrite également des amas globulaires, les plus anciens groupes d'étoiles liés que nous connaissons dans l'univers.

Ceux-ci suggèrent que le halo a été le premier composant galactique à se former, et il devrait détenir certains des enregistrements les mieux conservés de l'histoire de la formation d'une galaxie.

Mais pour révéler les secrets cachés dans une galaxie, les astronomes doivent adopter une approche médico-légale et regarder le halo stellaire comme une scène de crime.

Cannibales galactiques

C'est dans le halo stellaire que les petites galaxies naines rencontrent leur destin ultime, perdre leur bataille contre les forces destructrices de la gravité.

Ces galaxies naines sont dépouillées, harcelés et dispersés jusqu'à ce qu'ils finissent par se mélanger aux étoiles de la plus grande galaxie.

Mais cette destruction, ce cannibalisme galactique, peut prendre plusieurs milliards d'années, et nous nous attendons à attraper la destruction en cours des galaxies naines, même aujourd'hui.

Il existe des preuves observationnelles de l'existence d'une gamme de sous-structures dans les halos de galaxies, tels que les courants de marée et les coquilles stellaires, révélé dans notre propre Voie lactée et la galaxie d'Andromède voisine.

C'est à l'intérieur de ces galaxies que nous pouvons identifier et isoler des étoiles individuelles dans le halo extrêmement faible. Et c'est le halo d'Andromède qui a été au centre de notre nouvelle étude publiée récemment.

Une recherche de regroupement

Au lieu d'étoiles, nous avons utilisé une carte des nébuleuses planétaires qui habitent également le halo d'Andromède.

Ce sont les derniers stades de l'évolution d'étoiles similaires à notre propre soleil, étoiles qui sont les débris de galaxies naines perturbatrices et perturbées. Heureusement, ceux-ci sont facilement identifiables en raison de leur signature spectrale particulière, une signature qui révèle aussi leurs vitesses.

Nous devions ramasser ces cadavres galactiques, disséquer la scène du crime pour déterminer combien de victimes étaient cachées à la vue de tous.

Pour faire ça, nous avons cherché à quel point ces nébuleuses planétaires sont "regroupées".

Si l'image des halos croissant par accrétion est correcte, alors nous devrions nous attendre à une distribution sous-jacente lisse et non clusterisée, les restes d'accrétions antiques qui ont été complètement perturbés et mélangés, superposées avec des accrétions en cours qui devraient être regroupées dans l'espace et la vitesse.

Mais il y a des problèmes. Alors que nous pouvons voir où se trouvent les nébuleuses planétaires dans le ciel, et nous pouvons mesurer la vitesse le long de la ligne de visée, les distances sont inconnues, de même que les mouvements propres dans le plan du ciel.

Nous avons dû développer des méthodes intelligentes pour rechercher des signatures de clustering, et les comparer aux attentes tirées de modèles synthétiques de galaxies.

Et succès ! Les résultats ont révélé un mélange de nébuleuses planétaires en grappes en douceur brouillées et grumeleuses, précisément conformément à nos attentes cosmologiques.

Cela fournit une preuve supplémentaire de notre meilleure explication actuelle du cosmos, le modèle cosmologique Lambda Cold Dark Matter, un univers dominé par l'attraction gravitationnelle de la matière noire luttant contre l'expansion de l'univers, et où les galaxies se sont progressivement constituées au fil du temps en dévorant des systèmes plus petits.

Bien que ce succès soit encourageant, avec des preuves croissantes que notre compréhension du fonctionnement de l'univers est bien fondée, des tensions subsistent. C'est particulièrement le cas à l'échelle des halos individuels des grandes galaxies – la danse coordonnée récemment découverte des galaxies naines demande toujours une réponse.

L'effort astronomique se poursuivra au cours des prochaines décennies, mais sur la question de savoir quand nous comprendrons vraiment la formation et l'évolution des galaxies, le jury est toujours dehors.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.