La galaxie d’Andromède est née d’une collision

Le disque de M31 (ici en UV) est déformé, un souvenir de naissance. © Nasa/JPL-Caltech
La galaxie M31, voisine de notre Voie lactée, serait beaucoup plus jeune que prévu. Et elle résulterait de la fusion de deux galaxies. C’est la découverte réalisée par une équipe franco-chinoise de l’observatoire de Paris.

La galaxie d’Andromède — ou Messier 31 — se serait formée plus récemment que la Terre ! Grâce à des modélisations effectuées par les plus puissants moyens de calcul disponibles en France, François Hammer et son équipe de l’observatoire de Paris ont en effet estimé l’âge de formation de notre voisine entre 1,8 et 3 milliards d’années seulement. La fusion de deux galaxies en serait à l’origine.

Longtemps considérée comme similaire d’aspect à la Voie lactée, la galaxie d’Andromède affiche pourtant des caractéristiques la distinguant profondément de la nôtre. D’une part, dans le disque principal de M31, les étoiles âgées de plus de 2 milliards d’années suivent des trajectoires désordonnées, contrairement à ce qui est observé dans notre propre galaxie, où les mouvements stellaires sont stables.

La galaxie d’Andromède M 31 est issue de la fusion de deux galaxies de taille très différente, selon les simulations
de François Hammer et son équipe de l’observatoire de Paris. © P.WheelerI/CRAR

De plus, des boucles d’étoiles plus jeunes, appelées “courants géants d’étoiles”, toutes inscrites dans un même plan, auréolent la galaxie de part et d’autre. Ces structures ne semblent pas stables dans le temps, ce qui entre en contradiction avec une genèse galactique ancienne.

M31 plus légère qu’on ne croyait

En matière de masse, en revanche, M31 ressemble davantage à notre galaxie que ce que les astronomes pensaient jusqu’à présent. Depuis le début des années 2000, elle était créditée du double de la masse de la Voie lactée, soit plus de 1 200 milliards de masses solaires.

Or, dans le nouveau modèle développé par François Hammer, elle affiche désormais 825 milliards de masses solaires. Une valeur qui concorde avec celle d’une étude publiée en janvier 2018 dans Nature, qui établit la masse de M31 à 810 milliards de masses solaires.

Deux galaxies originelles, une grande et une petite

Pour comprendre les mécanismes qui ont donné naissance à M31, l’équipe franco-chinoise a remonté le temps. D’après leur modèle, tout commence il y a 7 milliards d’années. À l’endroit même où la galaxie d’Andromède réside aujourd’hui, deux galaxies – l’une 4 fois plus massive que l’autre – se frôlent dangereusement, sans toutefois se mélanger dès leur première rencontre. Elles suivent ensuite chacune leur trajectoire, puis se croisent à nouveau 4 milliards d’années plus tard. Et cette fois, elles entrent en collision et fusionnent. M31 naîtra de cette union galactique.

La rencontre des deux galaxies et la formation du disque de M31. À la fin de la vidéo, la dernière image
de la simulation est comparée à une photo de la galaxie d'Andromède.

Le modèle réalisé par l’équipe de l’observatoire de Paris concorde avec toutes les caractéristiques structurelles répertoriées chez la galaxie d’Andromède : son bulbe, sa barre (M31 est une galaxie spirale dite barrée), le “courant géant d’étoiles” du halo galactique, le disque géant et ses bords déformés…

Des structures enfin expliquées

Mais l’étude ne s’arrête pas là. Elle permet de définir l’origine précise de chacune de ses structures. Ainsi, le “courant géant d’étoiles” observé grâce au télescope franco-canadien à Hawaï, entre 2008 et 2015, est issu de la plus petite des galaxies d’origine. Les déformations du disque géant viennent, elles, de la plus grande.

De même, les proportions d’éléments lourds sont moins importantes dans le courant d’étoiles, car la petite galaxie en était moins riche. L’inverse est observé dans le disque géant.

La formation du courant d’étoiles autour de M 31.

Comme pour appuyer la véracité du modèle établi par l’équipe de François Hammer, une intense période de formation stellaire eut lieu au sein de la galaxie d’Andromède dans un passé récent, il y a 2 à 4 milliards d’années seulement. Or, dans une galaxie soi-disant ancienne, il est rare d’observer un regain d’activité des naissances stellaires sans qu’un phénomène extérieur en soit le catalyseur.

Les collisions galactiques en sont un, comme cela a été le cas pour les Nuages de Magellan, qui en se rencontrant il y a 300 millions d’années ont boosté leur taux de natalité stellaire… Un élément de plus qui semble confirmer la théorie de la fusion galactique à l’origine de M31 !

Dans quelques milliards d’années, M31 connaîtra une autre collision : cette fois, avec notre Voie lactée. Vue d’artiste : © Nasa/ESA/STScI

 

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