Les panneaux supérieurs montrent des cartes de la vitesse stellaire moyenne mesurée de deux exemples de galaxies :La couleur bleue signifie que les étoiles dans cette partie de la galaxie se déplacent vers nous et les couleurs rouges s'éloignent de nous. Le type de rotation de la galaxie de gauche est typique des galaxies. La majorité des galaxies tournent ainsi. La rotation autour des grands axes de la galaxie de droite est inhabituelle, et ne s'applique qu'à une petite fraction des galaxies. Cette fraction augmente à mesure que les galaxies deviennent plus massives. Crédit :MUSE/D. Krajnovic
En ciblant les galaxies les plus massives de notre univers, les astronomes ont étudié le mouvement de leurs étoiles. Les résultats sont surprenants :alors que la moitié d'entre eux tournent autour de leur petit axe comme prévu, l'autre moitié tourne autour de leur grand axe. Une telle cinématique est très probablement le résultat d'un type spécial de fusion de galaxies, impliquant déjà massive, galaxies de masse similaire. Cela impliquerait que la croissance des galaxies les plus massives et les plus grandes est régie par ces événements rares.
Sondage sur les extrêmes de la population galactique
Mesurer la façon dont les étoiles se déplacent dans les galaxies est un moyen très puissant d'apprendre la structure interne des galaxies, en particulier des propriétés telles que leur forme tridimensionnelle et, finalement, à quoi ressemble leur potentiel gravitationnel.
Pour étudier les galaxies les plus grandes et les plus massives, une équipe scientifique dirigée par Davor Krajnovic de l'Institut Leibniz d'astrophysique de Potsdam (AIP) a sélectionné un échantillon de certaines des galaxies les plus brillantes jusqu'à une distance de 800 millions d'années-lumière. Ceux-ci vivent dans de grands ensembles de galaxies, dans certaines des régions les plus densément peuplées de notre Univers, comme le Superamas de Shapley. Ils sont également très brillants et rares. Les galaxies les plus massives sont environ cent fois plus massives que notre propre galaxie la Voie Lactée, qui lui-même a déjà une masse stellaire de 60 milliards de soleils. Ils n'ont aussi presque pas de gaz, la plupart de leurs étoiles sont très anciennes (au moins 10 milliards d'années) et ne forment plus d'étoiles.
Malheureusement, ces galaxies sont trop éloignées de nous pour être résolues en étoiles individuelles et leurs mouvements. On ne peut regarder que les mouvements moyens des étoiles dans certaines régions. "C'est ce à quoi les spectrographes à champ intégral sont bons", explique Davor Krajnovic. "Nous avons observé ces galaxies avec MUSE, le merveilleux spectrographe à champ intégral du Very Large Telescope de l'ESO à Cerro Paranal au Chili. Les galaxies massives peuvent avoir toutes sortes de cinématiques, certains tournent comme des frisbees, mais la plupart n'ont pas de sens de rotation spécifique. Nous avons observé les galaxies les plus massives et les avons trouvées différentes des autres galaxies."
Des disques aux ballons de rugby
La majorité des galaxies de masse intermédiaire montre des mouvements stellaires très réguliers, comme on peut s'y attendre de disques comme notre Voie lactée. Dans de telles galaxies, le sens de rotation est bien défini autour de l'axe court de l'objet; le moment angulaire est aligné avec le petit axe d'un sphéroïde aplati.
"Nous savions qu'environ seulement 15% des galaxies de masse intermédiaire ont une cinématique irrégulière ou même ne montrent pas beaucoup de rotation du tout", dit Krajnovic. "Pour de telles galaxies, le sens de rotation n'est souvent aligné avec aucun des axes de symétrie de la galaxie, et ces galaxies sont de forme presque sphérique, ou sont allongés ressemblant à des ballons de rugby. Certains d'entre eux ont un alignement intéressant et tournent autour du grand axe de la galaxie. Seuls quelques cas étaient connus."
Dans cette nouvelle étude publiée dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society , les auteurs ont montré que ces "ballons de rugby tournants" galactiques sont beaucoup plus fréquents qu'on ne le pensait auparavant si l'on regarde les galaxies extrêmement massives, la partie la plus massive de la population de la galaxie.
Le résultat est intéressant car il pointe vers un scénario de formation très spécifique pour ces géants galactiques. Les simulations numériques indiquent que la rotation le long du grand axe est indicative d'une fusion de deux galaxies massives de taille (et de masse) similaires lorsqu'elles sont sur des trajectoires particulières :une sorte de collision frontale dans l'espace.
De telles collisions de galaxies sont des événements violents qui remodèlent complètement les structures internes des galaxies progénitrices. Les galaxies restantes ressemblent à des ballons de rugby en rotation. Les orbites stellaires deviennent également beaucoup plus complexes, résultant en une cinématique où le mouvement ordonné simple est remplacé par un flux complexe autour de l'un des trois axes d'un sphéroïde. Les galaxies les plus massives sont les extrémités de la formation des galaxies, et s'avèrent à juste titre les systèmes stellaires les plus complexes. Cette étude nous aide à dévoiler le mystère de la naissance des systèmes galactiques les plus massifs de l'Univers.
