La grande galaxie d’Andromède s’éteint : sa production d’étoiles chute de 80 %

M31, mieux connue sous le nom d’Andromède depuis l’Antiquité, est l’une de nos voisines les plus importantes. Avec la Voie lactée, elle domine le Groupe local. D’autant plus que, dans environ 4 milliards d’années, les deux galaxies devraient entrer en collision. Sa proximité en fait aussi un véritable laboratoire pour l’étude des étoiles.

Située à environ 2,5 millions d’années-lumière, elle est suffisamment proche pour permettre à des télescopes spatiaux comme Hubble de résoudre des étoiles individuelles au sein de son disque et d’observer leur évolution, au point de pouvoir reconstituer son histoire avec un niveau de détail remarquable.

Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont analysé plus de 6 500 petites régions du disque sud, en comparant la couleur et la luminosité des étoiles afin d’estimer l’âge des différentes populations stellaires. Ils ont ainsi pu reconstituer l’évolution de la formation d’étoiles au cours des 500 derniers millions d’années.

En mesurant le nombre d’étoiles de chaque type présentes dans chaque région, les scientifiques ont obtenu l’histoire de la formation stellaire la plus détaillée à ce jour. Et les résultats sont frappants : la production de nouvelles étoiles diminue progressivement depuis environ 40 millions d’années.

Un déclin qui s’étend sur des centaines de millions d’années

Et cette baisse est loin d’être négligeable. Dans la zone couverte par l’étude, le taux moyen de formation stellaire atteignait 0,445 masse solaire par an au cours des 100 derniers millions d’années, avant de tomber à 0,285 masse solaire par an lorsque l’on considère les 20 derniers millions d’années.

En extrapolant ces mesures à l’ensemble du disque, les chercheurs ont estimé un taux d’environ 0,67 masse solaire par an au cours des 100 derniers millions d’années, et d’environ 0,43 masse solaire par an sur les 20 derniers millions d’années. Un « ralentissement » particulièrement marqué au cours des 40 derniers millions d’années.

Si l’on remonte jusqu’à environ 500 millions d’années, Andromède formait alors près d’une masse solaire d’étoiles par an. Mais, fait remarquable, il y a 40 millions d’années, ce rythme avait déjà diminué de près de moitié, avec un taux actuel encore plus faible, signe d’un processus progressif et durable plutôt que d’un arrêt brutal.

Les chercheurs interprètent ce comportement comme la phase tardive d’un déclin amorcé bien plus tôt, car des études précédentes avaient identifié un épisode intense de formation stellaire il y a environ 2 milliards d’années. Depuis, le disque a progressivement évolué vers un état moins actif, proche de celui d’une galaxie de transition.

M32, la petite suspecte

Une grande partie de la formation récente d’étoiles dans Andromède se concentre dans des structures en anneaux, notamment dans ce que l’on appelle l’anneau des 10 kiloparsecs. Ce nom fait référence à sa distance approximative par rapport au centre galactique, soit environ 32 000 années-lumière, et non à une épaisseur de dix kiloparsecs.

C’est précisément dans cette région que se trouve l’un des indices les plus intéressants. M32, une petite galaxie satellite, se trouve à proximité de cet anneau, où la formation stellaire a commencé à passer sous la moyenne il y a environ 60 millions d’années, avant de rester à ce niveau pendant plusieurs dizaines de millions d’années.

Il y a entre 50 et 20 millions d’années, cette région a produit environ 40 % d’étoiles en moins que la moyenne du disque, avec un minimum atteint il y a environ 15 millions d’années. D’autres secteurs voisins présentent toutefois des évolutions différentes, ce qui montre que le déclin n’affecte pas toute la galaxie de la même manière.

C’est pourquoi M32 est considérée comme une suspecte possible, même si aucune preuve définitive n’existe encore. Des modèles orbitaux récents suggèrent qu’elle aurait pu traverser le disque d’Andromède il y a environ 20 millions d’années. Le problème est que la baisse observée a commencé plus tôt, ce qui laisse penser que plusieurs facteurs pourraient être en cause.

Un résultat qui oblige à revoir la manière dont nous mesurons les autres galaxies

L’étude met également à l’épreuve une technique utilisée pour estimer la formation stellaire dans les galaxies lointaines. Comme il n’est généralement pas possible d’y distinguer les étoiles individuellement, les astronomes utilisent l’émission dans l’ultraviolet lointain (FUV), combinée au rayonnement infrarouge, afin d’estimer la quantité de matière transformée en étoiles sur une période donnée.

Dans Andromède, cette méthode a réservé une surprise : les estimations se sont révélées environ 2,1 fois plus faibles que celles obtenues en comptant les populations stellaires à l’aide des diagrammes couleur-magnitude. Cet écart s’explique notamment par le fait que ces indicateurs moyennent l’activité sur des périodes d’environ 100 millions d’années.

Le problème se pose lorsqu’une galaxie modifie rapidement son rythme de formation stellaire, car supposer un taux constant peut entraîner des erreurs importantes. L’équipe a constaté que l’histoire reconstituée à partir des étoiles reproduit correctement les observations, ce qui suggère que la méthode traditionnelle est mal calibrée.

Andromède devient ainsi un véritable laboratoire pour améliorer notre manière d’interpréter les galaxies lointaines. Sa proximité permet de comparer directement différentes méthodes et montre également qu’une galaxie apparemment stable peut en réalité connaître des changements importants.