Tout comme le soleil se déplace dans la Voie lactée, toutes les étoiles des galaxies bougent, mais avec des orbites très différentes. Certaines étoiles ont de fortes rotations, tandis que d'autres peuvent se déplacer de manière aléatoire sans rotation claire. En comparant la fraction d'étoiles sur différentes orbites, les chercheurs peuvent déterminer comment les galaxies se forment et évoluent. Une équipe internationale d'astronomes a dérivé directement, pour la première fois, la distribution orbitale d'un échantillon de galaxies contenant plus de 300 galaxies de l'univers local. Les résultats, Publié dans Astronomie de la nature , sont basés sur l'enquête CALIFA, un projet développé à l'Observatoire de Calar Alto et conçu à partir de l'Institut d'Astrophysique d'Andalousie (IAA-CSIC).

Les galaxies sont les plus grandes structures de l'univers, et les scientifiques étudient leur évolution pour comprendre l'histoire de l'univers. La formation des galaxies implique l'assemblage hiérarchique de halos de matière noire, avec la condensation de la matière normale au centre des halos, où a lieu la formation stellaire. Des étoiles qui se sont formées à partir d'un sédentaire, disque de gaz mince puis vécu pendant des périodes dynamiquement calmes présentera des orbites quasi circulaires, tandis que les étoiles avec des mouvements aléatoires sont le résultat d'environnements turbulents, soit à la naissance, soit plus tard, avec des fusions galactiques.

Ainsi, les mouvements des étoiles dans une galaxie sont comme un livre d'histoire, enregistrer les informations sur leur environnement de naissance et de croissance, ce qui peut révéler comment la galaxie s'est formée. "Toutefois, le mouvement de chaque étoile n'est pas directement observable dans les galaxies externes. Les galaxies externes sont projetées sur le plan d'observation sous forme d'image et nous ne pouvons pas y résoudre les étoiles discrètes, " dit Ling Zhu, chercheur de l'Institut Max Planck d'astronomie qui dirige l'étude. "L'enquête CALIFA utilise une technique récemment développée, spectroscopie intégrale de champ, qui peut observer les galaxies externes de manière à fournir le mouvement global des étoiles. Ainsi, nous pouvons obtenir des cartes cinématiques de chaque galaxie."

Les chercheurs construisent ensuite des modèles pour chaque galaxie en superposant des étoiles sur différents types d'orbites. En contraignant le modèle avec l'image observée et les cartes cinématiques, ils peuvent découvrir le nombre d'étoiles se déplaçant sur différents types d'orbites dans chaque galaxie. Ils l'appellent la distribution de l'orbite stellaire, et pour cette étude, l'équipe a construit des modèles pour 300 galaxies qui sont représentatifs des propriétés générales des galaxies dans l'univers local.

Les cartes montrent des changements dans la distribution de l'orbite galactique en fonction de la masse stellaire totale des galaxies. Les orbites à rotation ordonnée sont les plus importantes dans les galaxies avec des masses stellaires totales de 10 milliards de masses solaires, et le moins important pour les plus massifs. Les orbites à mouvement aléatoire dominent sans surprise les galaxies les plus massives (plus de 100 milliards de masses solaires). "Il s'agit de la première séquence de masse basée sur l'orbite à travers tous les types morphologiques. Elle comprend des informations florissantes sur le passé d'une galaxie, essentiellement s'il s'agissait d'une succession discrète de fusions plus modestes ou façonnée par une fusion majeure violente. D'autres études sont nécessaires pour comprendre les détails, ", explique Glenn van de Ven (ESO).

Les chercheurs avaient trouvé une nouvelle méthode précise de lecture de l'histoire d'une galaxie - et leur étude avec ses ensembles de données pour 300 galaxies s'est avérée être la plus grande bibliothèque existante de livres d'histoire des galaxies.

"Ce travail met en évidence l'importance de la spectroscopie intégrale de champ et, en particulier, d'enquêtes à grande échelle comme le projet CALIFA. La contribution importante de ce que nous appelons les orbites « chaudes », un mélange de rotation et de mouvements aléatoires de la composante stellaire, pose des défis importants aux modèles cosmologiques de formation et d'évolution des galaxies, " dit Rubén García Benito, un chercheur de l'Institut d'Astrophysique d'Andalousie (IAA-CSIC) participant au projet.

Les résultats de CALIFA représentent une distribution des orbites des galaxies déterminée par l'observation dans l'univers actuel. Ils se prêtent ainsi à une comparaison directe avec des échantillons de simulations cosmologiques de galaxies dans un contexte cosmologique. Dans ce sens, ces résultats ouvrent une nouvelle fenêtre pour comparer les simulations de galaxies à la population de galaxies observée dans l'univers actuel.