Cette illustration montre l'emplacement des 43 quasars scientifiques utilisés pour sonder le halo gazeux d'Andromède. Ces quasars, les très lointains, noyaux brillants de galaxies actives alimentées par des trous noirs - sont dispersés loin derrière le halo, permettant aux scientifiques de sonder plusieurs régions. Regardant à travers l'immense halo la lumière des quasars, l'équipe a observé comment cette lumière est absorbée par le halo et comment cette absorption change dans différentes régions. En traçant l'absorption de la lumière provenant des quasars de fond, les scientifiques sont capables de sonder le matériau du halo. Crédit :NASA, ESA, et E. Wheatley (STScI)
Dans une étude marquante, des scientifiques utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA ont cartographié l'immense enveloppe de gaz, appelé un halo, entourant la galaxie d'Andromède, notre plus proche grand voisin galactique. Les scientifiques ont été surpris de constater que cette ténue, Un halo presque invisible de plasma diffus s'étend à 1,3 million d'années-lumière de la galaxie - environ à mi-chemin de notre Voie lactée - et jusqu'à 2 millions d'années-lumière dans certaines directions. Cela signifie que le halo d'Andromède se heurte déjà au halo de notre propre galaxie.
Ils ont également découvert que le halo a une structure en couches, avec deux coquilles de gaz principales imbriquées et distinctes. C'est l'étude la plus complète d'un halo entourant une galaxie.
« Comprendre les immenses halos de gaz qui entourent les galaxies est extrêmement important, " a expliqué la co-chercheuse Samantha Berek de l'Université Yale à New Haven, Connecticut. "Ce réservoir de gaz contient du carburant pour la formation future d'étoiles dans la galaxie, ainsi que les sorties d'événements tels que les supernovae. C'est plein d'indices sur l'évolution passée et future de la galaxie, et nous sommes enfin en mesure de l'étudier en détail chez notre plus proche voisin galactique."
"Nous trouvons que la coque interne qui s'étend sur environ un demi-million d'années-lumière est beaucoup plus complexe et dynamique, " a expliqué le responsable de l'étude Nicolas Lehner de l'Université de Notre Dame dans l'Indiana. " L'enveloppe extérieure est plus lisse et plus chaude. Cette différence est probablement le résultat de l'impact de l'activité de la supernova dans le disque de la galaxie affectant plus directement le halo interne."
Une signature de cette activité est la découverte par l'équipe d'une grande quantité d'éléments lourds dans le halo gazeux d'Andromède. Des éléments plus lourds sont préparés à l'intérieur des étoiles, puis éjectés dans l'espace, parfois violemment lorsqu'une étoile meurt. Le halo est alors contaminé par ce matériau provenant d'explosions stellaires.
La galaxie d'Andromède, également connu sous le nom de M31, est une spirale majestueuse de peut-être jusqu'à 1 billion d'étoiles et de taille comparable à notre Voie lactée. A une distance de 2,5 millions d'années-lumière, elle est si proche de nous que la galaxie apparaît comme une tache de lumière en forme de cigare haut dans le ciel d'automne. Si son halo gazeux pouvait être vu à l'œil nu, ce serait environ trois fois la largeur de la Grande Ourse. Ce serait facilement la plus grande caractéristique du ciel nocturne.
A travers un programme appelé Projet AMIGA (Absorption Map of Ionized Gas in Andromeda), l'étude a examiné la lumière de 43 quasars - les très lointains, des noyaux brillants de galaxies actives alimentés par des trous noirs, situés bien au-delà d'Andromède. Les quasars sont dispersés derrière le halo, permettant aux scientifiques de sonder plusieurs régions. En regardant à travers le halo la lumière des quasars, l'équipe a observé comment cette lumière est absorbée par le halo d'Andromède et comment cette absorption change dans différentes régions. L'immense halo d'Andromède est constitué de gaz très raréfié et ionisé qui n'émet pas de rayonnement facilement détectable. Par conséquent, tracer l'absorption de la lumière provenant d'une source de fond est un meilleur moyen de sonder ce matériau.
Cette illustration représente le halo gazeux de la galaxie d'Andromède s'il pouvait être vu à l'œil nu. A une distance de 2,5 millions d'années-lumière, la majestueuse galaxie spirale d'Andromède est si proche de nous qu'elle apparaît comme une tache de lumière en forme de cigare haut dans le ciel d'automne. Si son halo gazeux pouvait être vu à l'œil nu, ce serait environ trois fois la largeur de la Grande Ourse, de loin la plus grande caractéristique du ciel nocturne. Crédit :NASA, ESA, J. DePasquale et E. Wheatley (STScI), et Z. Levay (image de fond)
Les chercheurs ont utilisé la capacité unique du spectrographe des origines cosmiques (COS) de Hubble pour étudier la lumière ultraviolette des quasars. La lumière ultraviolette est absorbée par l'atmosphère terrestre, ce qui rend impossible l'observation avec des télescopes au sol. L'équipe a utilisé le COS pour détecter le gaz ionisé du carbone, silicium, et de l'oxygène. Un atome s'ionise lorsqu'un rayonnement lui en retire un ou plusieurs électrons.
Le halo d'Andromède a déjà été sondé par l'équipe de Lehner. En 2015, ils ont découvert que le halo d'Andromède est grand et massif. Mais il y avait peu d'indice de sa complexité; maintenant, il est cartographié plus en détail, ce qui a permis de déterminer sa taille et sa masse avec beaucoup plus de précision.
"Précédemment, il y avait très peu d'informations - seulement six quasars - à moins d'un million d'années-lumière de la galaxie. Ce nouveau programme fournit beaucoup plus d'informations sur cette région intérieure du halo d'Andromède, " a expliqué le co-chercheur J. Christopher Howk, aussi de Notre-Dame. "Il est important de sonder le gaz dans ce rayon, car il représente une sorte de sphère d'influence gravitationnelle pour Andromède."
Parce que nous vivons à l'intérieur de la Voie Lactée, les scientifiques ne peuvent pas facilement interpréter la signature du halo de notre propre galaxie. Cependant, ils pensent que les halos d'Andromède et de la Voie lactée doivent être très similaires puisque ces deux galaxies sont assez similaires. Les deux galaxies sont sur une trajectoire de collision, et fusionnera pour former une galaxie elliptique géante dans environ 4 milliards d'années.
Les scientifiques ont étudié les halos gazeux de galaxies plus lointaines, mais ces galaxies sont beaucoup plus petites dans le ciel, ce qui signifie que le nombre de quasars d'arrière-plan suffisamment brillants pour sonder leur halo n'est généralement que d'un par galaxie. L'information spatiale est donc essentiellement perdue. Grâce à sa proximité avec la Terre, le halo gazeux d'Andromède se profile dans le ciel, permettant un échantillonnage beaucoup plus étendu.
"C'est vraiment une expérience unique car ce n'est qu'avec Andromède que nous avons des informations sur son halo le long non seulement d'une ou deux lignes de visée, mais plus de 40 ans, " a expliqué Lehner. " C'est révolutionnaire pour capturer la complexité d'un halo de galaxie au-delà de notre propre Voie lactée. "
En réalité, Andromède est la seule galaxie de l'univers pour laquelle cette expérience peut être faite maintenant, et seulement avec Hubble. Ce n'est qu'avec un futur télescope spatial sensible aux ultraviolets que les scientifiques pourront entreprendre de manière routinière ce type d'expérience au-delà des quelque 30 galaxies composant le Groupe Local.
« Donc, le projet AMIGA nous a également donné un aperçu du futur, " a déclaré Lehner.
Les conclusions de l'équipe apparaissent dans l'édition du 27 août de Le Journal d'Astrophysique .
