Une équipe internationale d’astrophysiciens* a réussi à reconstituer le passé de notre principale galaxie voisine, la Galaxie d'Andromède. Grâce aux simulations numériques obtenues sur les calculateurs du CEA, les chercheurs ont pu expliquer la structuration particulière de cette galaxie, formée d’anneaux concentriques, que les images du satellite infrarouge Spitzer ont révélée. Cette découverte fait l’objet d’une publication dans la revue Nature du 19 octobre 2006.
La galaxie d'Andromède (M31) est la galaxie spirale la plus proche de nous et la plus massive de notre Groupe Local de Galaxies. Elle constitue un excellent laboratoire pour étudier l’évolution de notre propre Voie Lactée dont elle se révèle relativement similaire. C'est notamment en l'étudiant qu'Edwin Hubble a compris la nature des galaxies et l'expansion de l'Univers en 1929. M31 a été récemment observée par le satellite Spitzer et sa caméra infrarouge IRAC, qui ont permis de cartographier l'émission de la poussière et des macro-molécules. Ces observations ont détaillé la structure d'un grand anneau externe déjà connu ; elles ont surtout permis de découvrir un petit anneau interne, caché jusque-là par la forte luminosité du bulbe central de la galaxie.
Pour identifier en détail l'origine de cette morphologie particulière de la galaxie d'Andromède, les chercheurs ont eu recours aux simulations numériques d'évolution des galaxies. Ces simulations, réalisées en grande partie sur le supercalculateur vectoriel du CEA, modélisent les galaxies sous forme d'un million de particules, et décrivent le mouvement des étoiles dans les galaxies, la formation de nouvelles étoiles dans le gaz interstellaire, ainsi que l'influence gravitationnelle des halos de matière noire qui entourent les galaxies.
L’étude détaillée d’une soixantaine de simulations a permis d'expliquer en détail l'origine des anneaux de M31. Il s'agit d'ondes en expansion dans le disque de la galaxie d'Andromède, provoquées par un choc frontal avec une autre galaxie - un peu comme lorsque l'on jette une pierre dans l'eau. L'exploration détaillée des simulations numériques a permis d'identifier le coupable : il s'agit de la petite galaxie M32. On la voit aujourd'hui sous la forme d'un petit objet compact, mais elle était autrefois plus grande et plus massive. Elle a percuté et traversé le disque de la galaxie d'Andromède presque en son centre il y a environ 200 millions d'années. Cette collision a provoqué la naissance des anneaux en expansion dont le satellite Spitzer vient de révéler l'existence. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives sur l'étude de la principale voisine de notre Voie Lactée. Son passé récent - à l'échelle des galaxies - se révèle tourmenté, ce qui montre à quel point les galaxies, bien qu'âgées de plusieurs milliards d'années, continuent à interagir entre elles et à se modifier continuellement. C'est là un aperçu de ce qui se produira lorsque la galaxie d'Andromède et la Voie Lactée entreront à leur tour en collision, un évènement prévu dans 2 à 3 milliards d'années.
*Université de Witwatersrand (Afrique du Sud), CEA/Dapnia/SAp, Observatoire de Paris et université d’Harvard.
Figure
A gauche : la galaxie d’Andromède et son compagnon M32 vus en lumière visible. En haut à droite : Image infrarouge obtenue par le satellite Spitzer (Nasa), révélant une structure en anneaux multiples dans la galaxie d’Andromède. En bas à droite : reconstitution de l’orbite passée de M32 autour de la galaxie d’Andromède et de la collision frontale entre les deux galaxies à l’aide de simulations numériques.
An almost head-on collision as the origin of two off-centre rings in the Andromeda galaxy
D.L. Block, F. Bournaud, F. Combes, R. Groess, P. Barmby, M. Ashby, G. Fazio, M. Pahre, S. Willner - Publié dans la revue Nature du 19 octobre 2006
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