Les scientifiques de l'EPFL ont achevé la tâche fastidieuse d'analyser en détail 27 galaxies naines, identifier les conditions dans lesquelles ils ont été formés et comment ils ont évolué depuis. Ces galaxies à petite échelle sont parfaites pour étudier les mécanismes de formation de nouvelles étoiles et les toutes premières étapes de la création de l'univers.

Les galaxies naines émettent peu de lumière et sont donc difficiles à observer, mais ils ont beaucoup à nous apprendre sur la façon dont l'univers a été créé. Une équipe de scientifiques du Laboratoire d'astrophysique de l'EPFL (LASTRO) a étudié méticuleusement 27 de ces galaxies et a découvert un degré surprenant de variation dans les mécanismes par lesquels leurs étoiles se sont formées. Les résultats de leur travail minutieux ont été publiés dans Astronomie &Astrophysique .

"Les galaxies naines sont les plus petites et probablement les plus anciennes galaxies de l'univers. Selon la théorie de la cosmologie standard, les plus grandes galaxies sont formées par la fusion de ces plus petites, " dit Yves Revaz, un expert en dynamique des galaxies chez LASTRO.

Alors qu'ils peuvent être appelés "nains, " elles sont en effet énormes et peuvent peser entre des centaines de milliers et plusieurs millions de fois plus que le soleil. Ce sont aussi les galaxies les plus riches en matière noire. L'équipe LASTRO a donc dû développer des modèles informatiques très sophistiqués pour étudier ces galaxies ' Propriétés, la taille et la temporalité - qui vont bien au-delà de notre compréhension de base.

Leurs modèles prennent en compte chacun des composants des galaxies – gaz, les étoiles et la matière noire – ainsi que la relation entre la matière noire et la matière visible (appelée « matière baryonique » en astrophysique). Les modèles prennent également en compte les conditions dans lesquelles la matière s'est formée lors de la création de l'univers il y a environ 14 milliards d'années, conditions qui sont désormais connues grâce aux récentes missions spatiales menées pour découvrir les signatures du Big Bang.

Pas à pas

Pour analyser les galaxies naines, les scientifiques ont d'abord pris chaque modèle et ont examiné étape par étape les caractéristiques clés des galaxies, telles que la quantité de gaz (principalement de l'hydrogène) qu'elles contiennent, le chauffage et le refroidissement de leurs milieux interstellaires, leurs procédés de compression et d'expansion, les générations successives de leurs étoiles, les supernovae de ces étoiles, et la libération résultante d'un éventail de produits chimiques. Les scientifiques ont ensuite comparé les résultats de leurs modèles avec des données obtenues en observant des galaxies naines – plus précisément, ceux qui gravitent autour de notre galaxie, la voie Lactée, et sa galaxie voisine, Andromède (M31) - utilisant des télescopes optiques de huit mètres, les plus gros qui existent actuellement. Ces galaxies naines font partie de ce qu'on appelle le groupe local et sont suffisamment proches pour que les astrophysiciens puissent obtenir des informations précises sur les âges et les composants chimiques des étoiles individuelles.

S'assurer que les résultats des modèles correspondent aux données empiriques est essentiel si les scientifiques veulent les utiliser pour tester leurs théories sur la matière noire, les types d'objets responsables de la réionisation de l'univers, et les conditions et les périodes de temps pour la formation de nouvelles étoiles.

C'est la première fois que des galaxies naines sont examinées de manière aussi détaillée et dans des conditions cosmologiques, c'est-à-dire non pas en les considérant comme des systèmes isolés mais plutôt en prenant en compte toutes les interactions entre les tout premiers systèmes galactiques.

Excellents cobayes

"L'avantage des galaxies naines est qu'elles réagissent très bien aux changements de conditions, même mineurs, ce qui en fait d'excellents cobayes pour l'étude des galaxies en général, " dit Pascale Jablonka, un chercheur du LASTRO spécialisé en spectroscopie et développement chimique des galaxies et co-auteur de l'étude. Par exemple, en analysant la lumière émise par les étoiles, elle a pu déterminer leur composition chimique et combien de temps il leur a fallu pour se former.

"Nos modèles nous ont permis de créer une base de données de nombreux types différents d'activité stellaire et nous ont donné un aperçu précieux des facteurs qui peuvent accélérer la formation d'étoiles, ralentir ou même s'arrêter complètement, " dit Revaz.

Sur la base des données qu'ils ont collectées - qui incluent un nombre impressionnant de mécanismes de formation d'étoiles différents étant donné la "petite" galaxie naine - l'équipe LASTRO a découvert que le mécanisme spécifique utilisé dépend de la densité de la matière noire et baryonique de la galaxie. Cette densité détermine si une galaxie continuera à faire des étoiles ou s'arrêtera soudainement. Si la matière d'une galaxie naine est trop dispersée, alors son hydrogène deviendra trop chaud et s'évaporera, ce qui signifie qu'il ne peut plus former d'étoiles. Si par contre une galaxie naine a un halo dense de matière noire la protégeant, alors la formation d'étoiles se poursuivra rapidement.