Cette illustration montre comment deux échantillons d'orbites d'étoiles sont dispersés à partir d'orbites presque circulaires par la gravité d'amas massifs dans les galaxies. Les chercheurs ont découvert que des millions de changements orbitaux, comme ceux montrés ici, lisser le profil lumineux global des disques galactiques. L'étoile bleue est dispersée plusieurs fois. L'étoile orange est capturée par la gravité d'une touffe et se déplace autour d'elle. Un typique, galaxie spirale relativement lisse (UGC 12224) est montrée en arrière-plan. Crédit :Jian Wu. Image de la galaxie du Sloan Digital Sky Survey
Des simulations informatiques montrent aux astrophysiciens comment des amas massifs de gaz dans les galaxies dispersent certaines étoiles de leurs orbites, créant finalement la douceur, évanouissement exponentiel de la luminosité de nombreux disques de galaxies.
Des chercheurs de l'Iowa State University, l'Université du Wisconsin-Madison et IBM Research ont avancé des études qu'ils ont commencé il y a près de 10 ans. À l'origine, ils se sont concentrés sur la façon dont les amas massifs dans les jeunes galaxies affectent les orbites des étoiles et créent des disques de galaxies avec des centres brillants s'estompant vers des bords sombres.
(Comme Curtis Frappé, un professeur de physique et d'astronomie de l'État de l'Iowa, a écrit dans un résumé de recherche de 2013 :« Dans les disques de galaxie, les cicatrices d'une enfance rude, et les imperfections de l'adolescence, tout s'estompe avec le temps.")
Maintenant, le groupe a co-écrit un nouvel article qui dit que leurs idées sur la formation de disques exponentiels s'appliquent à plus que les jeunes galaxies. C'est aussi un processus robuste et universel dans toutes sortes de galaxies. Les disques exponentiels, après tout, sont communs dans les galaxies spirales, galaxies elliptiques naines et quelques galaxies irrégulières.
Comment les astrophysiciens peuvent-ils expliquer cela ?
En utilisant des modèles réalistes pour suivre la diffusion des étoiles dans les galaxies, "Nous pensons avoir une compréhension beaucoup plus approfondie des processus physiques qui résolvent ce problème clé vieux de près de 50 ans, ", a déclaré Frappé.
Les impulsions gravitationnelles des amas massifs modifient les orbites des étoiles, les chercheurs ont trouvé. Par conséquent, la distribution globale en étoile du disque change, et le profil de luminosité exponentiel est le reflet de cette nouvelle distribution stellaire.
Les découvertes des astrophysiciens sont rapportées dans un article qui vient d'être publié en ligne par le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society . Les co-auteurs sont frappés; Jian Wu, un doctorant de l'Iowa State en physique et astronomie; Elena D'Onghia, professeur agrégé d'astronomie au Wisconsin; et Bruce Elmegreen, chercheur au Thomas J. Watson Research Center d'IBM à Yorktown Heights, New York.
Les étoiles sont dispersées, les disques sont lissés
La dernière modélisation informatique, dirigée par Wu, est le couronnement d'années d'améliorations du modèle, a dit Frappé. Les modèles précédents traitaient plus approximativement les forces gravitationnelles des composants de la galaxie, et les chercheurs ont étudié moins de cas.
Les derniers modèles montrent comment les amas d'étoiles et les amas de gaz interstellaires au sein des galaxies peuvent modifier les orbites des étoiles proches. Certains événements de diffusion d'étoiles modifient considérablement les orbites des étoiles, même attraper quelques étoiles en boucle autour d'amas massifs avant qu'elles ne puissent s'échapper dans le flux général d'un disque de galaxie. De nombreux autres événements de diffusion sont moins puissants, avec moins d'étoiles dispersées et des orbites restant plus circulaires.
"La nature de la diffusion est beaucoup plus complexe que nous ne le pensions auparavant, " a dit Struck. " Malgré toute cette complexité à petite échelle, il s'agit toujours d'une répartition uniforme de la lumière à grande échelle."
Les modèles disent aussi quelque chose sur le temps qu'il faut pour que ces disques galactiques exponentiels se forment, selon l'article des chercheurs. Les types de mottes et les densités initiales des disques affectent la vitesse de l'évolution, mais pas la douceur finale de la luminosité.
La vitesse dans ce cas est un terme relatif car les échelles de temps pour ces processus sont des milliards d'années.
Pendant toutes ces années, et même avec des galaxies modèles où les étoiles sont initialement distribuées de diverses manières, Wu a déclaré que les modèles montrent l'omniprésence du processus de diffusion d'étoiles à atténuation exponentielle.
"La diffusion stellaire est très générale et universelle, " at-il dit. " Cela fonctionne pour expliquer la formation de disques exponentiels dans tant de cas. "
