Enquête sur la formation et l’évolution de la Voie Lactée

jeune voie lactée
Illustration de notre galaxie, la Voie Lactée, dans sa prime jeunesse il y a 11 milliards d’années – téléchargez l’image en haute résolution ici

Dans une étude récemment publiée, des chercheurs proposent de reconstituer l’histoire de la Voie Lactée en sondant ses centaines d’alter ego éparpillés dans l’univers jusqu’à 11 milliards d’années-lumière.

Etudier le passé de notre galaxie peut sembler une tâche hasardeuse, à priori irréalisable. Certes, c’est en partie vrai car nous devisons ce corpus vaste de quelque 100 000 années-lumière, peuplé de dizaines de milliards d’étoiles exclusivement de l’intérieur et dans un relatif présent… Présent car tout ce que nous embrassons du regard à l’horizon de la Voie Lactée ne se dévoile, en effet, qu’avec — au maximum — quelques dizaines de milliers d’années de retard seulement. Autrement dit, hier … Ce ne sont que quelques miettes de temps sur la grande échelle cosmique de 13,8 milliards d’années.

Malgré tout, comprendre l’évolution de la Voie Lactée est envisageable si nous tournons notre regard ailleurs, vers l’extérieur. Non pas sur les proches « voisines » de l’« univers local » mais sur quelques centaines de galaxies spirales qui jalonnent l’« univers lointain ».
Pour mener cette étude, une équipe d’astrophysiciens a fouillé le catalogue de 100.000 galaxies compilées par les sondages des grandes structures de l’univers 3D-HST, CANDELS (Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey ) et GOODS (Great Observatories Origins Deep Survey) effectués avec Hubble. Dans ce fabuleux bestiaire, ils ont sélectionné pas moins de 400 candidates, alter ego de la Voie Lactée, couvrant une période jusqu’à 11 milliards d’années dans le passé. Toutes reflétant, en quelque sorte, une étape dans la construction typique d’une galaxie spirale.

« Pour la première fois, nous avons des images directes de ce à quoi ressemblait la Voie Lactée dans le passé » considère le professeur Pieter G. van Dokkum (Université de Yale). En « suivant ces frères et sœurs […] nous constatons que notre galaxie a produit 90 % de ses étoiles entre 7 et 11 milliards d’années, fait qui n’avait pas été mesurée directement auparavant ».

Evolution des galaxies spirales comparables à la Voie Lactée
Evolution des galaxies spirales comparables à la Voie Lactée

De cette exploration du passé, les chercheurs ont appris qu’une galaxie comme la notre fut au tout début de son histoire —  prés de 4 milliards d’années seulement après le Big Bang — un petit ensemble bleuté dominé par de jeunes et ardentes étoiles. Les nuages de gaz (principalement de l’hydrogène) y abondent. Les réserves sont gigantesques si bien que la production stellaire va battre son plein durant quelques milliards d’années. Pas moins de quinze jeunes étoiles en moyenne « voient alors le jour » chaque année ! Un rythme tombé aujourd’hui à une seule nouvelle étoile par an. Dérisoire …

Quant aux développements de leurs structures, les observations consolident les modèles informatiques. Tout indique que les renflements au centre des galaxies — ou bulbe galactique — se sont formés de concert avec le disque qui les entoure. Pour illustrer leurs propos, les astronomes font allusion à un œuf sur le plat ! Le jaune d’œuf joue le rôle du bulbe (composé d’étoiles plus âgées) et le blanc représente le disque d’étoiles. Les deux éléments s’accroissent simultanément, mutuellement. Shannon Patel (Université de Leiden) explique qu’ « il n’existe aucune preuve d’un renflement central sans disque autour formé plus tard ». « Ces galaxies nous montrent que l’ensemble de la Voie Lactée s’est accru en même temps, à la différence des galaxies elliptiques beaucoup plus massives au centre desquelles le bulbe central s’est formé en premier » poursuit Sa collègue Erica Nelson (Université de Yale).

Cette étude dégage au minimum deux pistes dans le développement des galaxies. Il semblerait que les collisions et fusions de galaxies ne jouent pas un rôle moteur dans leur mise en place. Ce serait davantage l’apanage des galaxies elliptiques (très massives) comme nous l’explique Van Dokkum : « […] elles forment un noyau très dense tôt dans l’histoire de l’univers, incluant sans doute un trou noir, et le reste s’accumule doucement autour, nourri par la fusion avec d’autres galaxies. À travers notre enquête, nous avons trouvé que les galaxies comme la Voie Lactée empruntent un chemin différent et plus uniforme dans leur croissance en majestueuse spirale que nous voyons aujourd’hui ».

Ainsi comme nous le rappelle Joel Leja (Université de Yale), rien de tout cela n’aurait été possible sans l’extraordinaire acuité visuelle d’Hubble. « Dans les précédentes observations, nous pouvions seulement voir les galaxies les plus lumineuses dans le lointain passé et maintenant nous pouvons regarder davantage de galaxies normales. Hubble nous a donné les détails et les couleurs de ces spirales ainsi que leurs distances avec la Terre. Nous avons aussi pu mesurer le rythme avec lequel chaque partie des galaxies s’est développée. Tout cela aurait été difficile à réaliser depuis le sol. »
Et ce n’est qu’un début. Ces images laissent entrevoir, en effet, ce que pourra révéler le James Webb Space Telescope (JWST) qui devrait être lancé en 2018. Le successeur du célèbre télescope spatial sondera les jeunes galaxies dans l’infrarouge avec une résolution supérieure et les technologies d’imagerie dernier cri. Nous distinguerons bientôt les embryons de galaxies.

Crédit photo : ESA/NASA/Hubble/3D-HST team.

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