Une équipe scientifique internationale dirigée par un chercheur mexicain a découvert des amas globulaires tournant à la même vitesse que le gaz dans le disque de la galaxie spirale Messier 106 (également appelée M106 ou NGC 4258) à laquelle ils appartiennent. En raison de leur disposition et de leur vitesse en forme de disque, ces objets lointains pourraient être des reliques du midi cosmique.

Cette recherche a été réalisée à l'aide du Gran Telescopio Canarias (GTC), dont le Mexique est partenaire, et les résultats ont été publiés dans le numéro du 1er mai de Le Journal d'Astrophysique (ApJ).

Dr Rosa Amelia González-Lópezlira, chercheur à l'Institut de radioastronomie et d'astrophysique de l'Université nationale autonome du Mexique, Campus Morelia (IRyA-UNAM), dirige ce projet. Le deuxième auteur de l'article est le Dr Divakara Mayya, chercheur à l'Institut National d'Astrophysique, Optique et Electronique (INAOE). Le groupe de travail comprend des chercheurs et des étudiants en Australie, Brésil, Chili, Danemark, La France, et l'Allemagne, en plus d'autres collègues de l'IRyA-UNAM et de l'INAOE.

Le Dr González-Lópezlira explique que les amas globulaires sont des groupes de 100, 000 et 1 million d'étoiles. Ce sont des objets communs, surtout dans les grandes galaxies. "La Voie Lactée compte 160 de ces clusters, mais les très grandes galaxies peuvent en avoir des dizaines de milliers. D'habitude, ces amas sont distribués comme dans une sphère. Toutes les étoiles d'un amas globulaire ont approximativement le même âge et ont plus ou moins la même composition chimique. On ne sait pas exactement comment ces amas se sont formés, et il y a plusieurs hypothèses qui tentent de l'expliquer :on dit qu'elles précèdent la formation des galaxies, un autre qui s'est formé avec eux, encore un autre postule que certains apparaissent lorsque le gaz entre en collision lors d'une fusion de galaxies, " elle dit.

Dans la Voie Lactée, par exemple, la plupart des amas globulaires semblent s'être formés avec la galaxie; quelques-uns ont été formés ou acquis plus tard, quand une ou plusieurs galaxies plus petites ont fusionné avec elle.

Les amas globulaires sont des objets très anciens qui se sont formés il y a environ 11,5 milliards d'années, 2,3 milliards d'années après le Big Bang et peu de temps avant que le taux de formation d'étoiles cosmiques n'atteigne son apogée, il y a 10 milliards d'années. "Cette période est connue sous le nom de haut midi cosmique. Les amas sont très brillants et peuvent être vus à de très grandes distances, ce qui signifie qu'ils peuvent nous donner des indices sur la façon dont les galaxies se sont assemblées pendant cette période de formation maximale des étoiles, ", dit l'astrophysicien.

L'article publié dans le numéro du 1er mai de l'ApJ fait partie d'un projet plus vaste visant à étudier les systèmes d'amas globulaires de neuf galaxies spirales dans un rayon de 52 millions d'années-lumière. "Nous nous intéressons particulièrement à la relation entre le nombre d'amas globulaires et la masse du trou noir central dans les galaxies spirales, " précise le chercheur. La relation est très étroite pour les galaxies elliptiques, mais ce n'est pas aussi clair dans les galaxies spirales. La voie Lactée, par exemple, ne l'accomplit pas. Le Dr González-Lópezlira ajoute :« Les neuf galaxies spirales que nous allons étudier ont de bonnes estimations des masses de leurs trous noirs et sont à des distances où les amas globulaires peuvent être bien vus avec le télescope Canada-France-Hawaii (CFHT ), avec laquelle nous avons fait les premières observations."

Le Dr Divakara Mayya explique que ces types d'études commencent par prendre des images et trouver des candidats d'amas globulaires basés sur ce qu'on appelle des diagrammes couleur-couleur. Dans ce cas, en plus d'un filtre optique, un filtre ultraviolet et un filtre infrarouge ont été utilisés, ce qui n'est pas courant. "Les candidats sont sélectionnés dans ces diagrammes, mais d'autres sources apparemment ponctuelles, comme les étoiles et les galaxies lointaines, peut s'infiltrer. Par conséquent, les spectres confirment que chaque objet a une ancienne population contemporaine, et que sa vitesse de récession est compatible avec la vitesse de récession de la galaxie à laquelle elle est supposée appartenir. Nous utilisons OSIRIS dans les GTC car ces objets sont assez éloignés, et donc des poses de plus d'une heure avec le plus grand télescope optique du monde sont nécessaires pour extraire les informations des spectres. OSIRIS est un spectrographe multi-objets avec lequel on peut observer plusieurs objets à la fois. Nous avons observé un total de 23 amas globulaires candidats dans deux domaines."

La principale conclusion du projet était totalement inattendue et surprenante. Au lieu d'être distribué dans une sphère, "les amas globulaires de NGC 4258 semblent être disposés en un disque qui tourne en phase et pratiquement aussi vite que le disque gazeux à hydrogène neutre (HI) de la galaxie, qui a été observé avec le Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT), même à de grandes distances de son centre. Cela n'a jamais été vu auparavant. Ce sont apparemment les faits, bien qu'il faille continuer à travailler pour les confirmer. C'est l'une des très belles choses qui peuvent arriver lorsqu'on travaille dans la science, " dit le Dr Mayya.

Le Dr González-Lópezlira dit qu'en raison de la façon dont les grappes M106 se déplacent, le disque où ils sont répartis est très similaire aux disques où l'on voit que les étoiles se formaient il y a 10 milliards d'années. "Nous supposons que le disque d'amas de M106 est une relique ou un vestige du haut midi cosmique."

Les chercheurs ont en outre corroboré avec le GTC que M106 tombe dans la corrélation entre le nombre d'amas globulaires et la masse du trou noir, et que leur méthode photométrique pour trouver des amas globulaires est excellente. Le trou noir supermassif au centre de M106 pèse 40 millions de masses solaires, 10 fois plus que celle de la Voie Lactée et 150 fois moins que celle de Messier 87, dont l'image a été publiée récemment.

Finalement, le chercheur de l'IRyA-UNAM a ajouté que des études comme celle-ci dans plus de galaxies spirales clarifieront le rôle des plusieurs hypothèses proposées dans l'assemblage des galaxies, leurs systèmes d'amas globulaires et leurs trous noirs.