Étudier la structure à grande échelle de notre galaxie n’est pas facile. Nous n’avons pas une vision claire de la forme et des caractéristiques de la Voie lactée comme nous le faisons pour les autres galaxies, en grande partie parce que nous y vivons. Mais nous avons quelques avantages. De l’intérieur, nous sommes en mesure de mener des enquêtes rapprochées sur la population stellaire de la Voie lactée et ses compositions chimiques. Cela donne aux chercheurs les outils dont ils ont besoin pour comparer notre propre galaxie aux millions d’autres dans l’univers.
Cette semaine, une équipe internationale de chercheurs des États-Unis, du Royaume-Uni et du Chili a publié un article qui fait exactement cela. Ils ont fouillé dans un catalogue de dix mille galaxies produit par le Sloan Digital Sky Survey, à la recherche de galaxies ayant des attributs similaires aux nôtres.
Ils ont découvert que la Voie lactée a des jumeaux – beaucoup d’entre eux – mais tout autant qui ne sont que superficiellement similaires, avec des différences fondamentales enfouies dans les données. Ce qu’ils ont découvert a des implications pour l’évolution future de notre propre galaxie.
Fouiller dans les données
Pour commencer leur recherche, les chercheurs ont réduit la taille de leur échantillon en sélectionnant uniquement les galaxies qui correspondaient à ce que nous savons de la Voie lactée dans trois grandes catégories. Tout d’abord, ils ont filtré les galaxies avec une masse totale similaire à celle de la Voie lactée. Deuxièmement, ils ont exclu les galaxies avec un «rapport renflement sur total» très différent (la taille de la galaxie par rapport à son noyau central brillant). Enfin, ils n’ont choisi que des galaxies avec un type Hubble similaire, un système de classification qui regroupe les galaxies en fonction de leur forme.
Certaines galaxies, comme la nôtre, sont en forme de spirale, tandis que d’autres, généralement les plus anciennes, ressemblent davantage à des taches floues et sont appelées galaxies elliptiques. Il existe d’autres améliorations possibles dans le système de classification de Hubble, y compris des centres en forme de barre pour certaines spirales, par exemple, mais l’idée était d’utiliser les classifications pour trouver des approximations approximatives de la Voie lactée à partir desquelles commencer le travail plus détaillé.
À la fin de ce processus, l’équipe s’est retrouvée avec 138 galaxies superficiellement similaires à la nôtre. À partir de là, ils pourraient creuser dans les détails pour voir à quel point nos cousins galactiques sont vraiment proches de nous.
Ils ont intégré les données dans un modèle qui prédit la formation des étoiles, en tenant compte de la façon dont les vents stellaires évacuent l’excès de gaz des systèmes stellaires, qui peut être attiré vers le centre des galaxies. Le modèle a également pris en compte la composition chimique et la métallicité des matériaux dans différentes régions des galaxies.
Alors, qu’est-ce qu’ils ont trouvé?
Il s’avère qu’il existe effectivement des galaxies qui ressemblent beaucoup à la nôtre. 56 des 138 galaxies de l’échantillon ont fini par être proches de chez nous.
Ce qui caractérise ces galaxies semblables à la Voie lactée, c’est qu’elles ont une longue échelle de temps au cours de laquelle la formation d’étoiles se produit dans leurs régions extérieures, donnant régulièrement naissance à de nouvelles étoiles de manière tranquille. La région intérieure, d’autre part, connaît une période dramatique de formation intense d’étoiles au début de l’histoire de la galaxie, stimulée par un flux de gaz attiré vers le centre depuis la région extérieure. Plus tard, une période beaucoup plus lente de formation d’étoiles dans le noyau s’est produite, reposant sur le gaz recyclé soufflé par des étoiles plus anciennes dans la région extérieure. Ces nouvelles étoiles, faites de matériaux recyclés, ont un niveau de métallicité plus élevé, avec des éléments plus lourds greffés qui manquaient à la génération d’étoiles initiale. Nous voyons ce modèle ici chez nous dans notre propre galaxie aussi.
Mais ce n’est pas vrai pour les 138 galaxies étudiées. Une fraction importante des galaxies qui, à première vue, semblaient similaires à la Voie lactée ont fini par sembler très différentes à y regarder de plus près. Ceux-ci se divisent en deux catégories.
La première catégorie (composée de 55 des 138 galaxies) sont des galaxies qui semblent n’avoir aucune différenciation entre leurs régions intérieure et extérieure. Ces galaxies connaissent la formation d’étoiles de manière uniforme, dans un processus long et lent, sans l’éclatement sauvage du noyau. Dans ces galaxies, les étoiles des régions intérieure et extérieure semblent identiques.
La deuxième catégorie, quant à elle, comprend ce que l’on appelle les galaxies « éteintes au centre » (27 sur 138), et ce sont peut-être les plus étranges du groupe. Ces valeurs aberrantes semblent manquer de période significative de formation récente d’étoiles à partir de matériaux recyclés dans leurs noyaux, ce qui signifie que l’afflux radial de gaz des régions extérieures que nous voyons dans la Voie lactée ne se produit pas dans ces galaxies.
Une caractéristique constante de ces galaxies éteintes au centre est qu’elles semblent, en règle générale, avoir achevé la majeure partie de leur formation d’étoiles dans le passé, ce qui laisse entendre qu’elles pourraient peut-être être plus anciennes que la Voie lactée.
Si c’est vrai, nous envisageons peut-être l’avenir de la Voie lactée. Notre galaxie pourrait un jour se retrouver avec un centre éteint, et ces galaxies représentent donc un aperçu de la prochaine étape de l’évolution galactique.
« Peut-être que ces galaxies sont les successeurs évolutifs de la Voie lactée, qui sont plus avancées dans leur vie », écrivent les auteurs.
Ils proposent également d’autres explications possibles, telles qu’un noyau galactique trop actif qui pourrait freiner la formation d’étoiles dans les régions intérieures des galaxies.
Il reste encore beaucoup à apprendre, mais cette étude offre de nombreuses nouvelles possibilités à explorer en matière d’évolution galactique. Fondamentalement, cela montre que nous ne sommes pas tout à fait uniques. Il existe une énorme variété de types de galaxies dans l’univers, mais au moins certains d’entre eux suivent les mêmes règles que la Voie lactée, et beaucoup sont au même stade de leur vie. L’étude de ces sosies peut nous aider à en savoir plus sur notre propre maison, nous donnant la meilleure chose à faire pour tenir notre galaxie devant un miroir et nous montrer notre reflet.
L’article, « Are Milky-Way-like galaxies like the Milky Way? A view from SDSS-IV/MaNGA, » est disponible en format préimprimé sur arXiv.
Plus d’information:
Shuang Zhou et al, Les galaxies semblables à la Voie lactée ressemblent-elles à la Voie lactée ? Une vue de SDSS-IV/MaNGA, arXiv (2022). DOI : 10.48550/arxiv.2212.09127