Les astronomes établissent un arbre généalogique de la Voie lactée : le cataclysme qui aurait pu effacer son passé

    Une nouvelle étude reconstitue la jeunesse mouvementée de la Voie lactée : le disque galactique était déjà en rotation avant l'impact avec Gaia-Saucisse-Encelade, une fusion qui a probablement été moins destructrice qu'on ne le pensait.

    Représentation artistique de la collision entre la Voie lactée et la galaxie Gaia-Saucisse-Encelade, survenue il y a environ 9 à 10 milliards d'années.
    Représentation artistique de la collision entre la Voie lactée et la galaxie Gaia-Saucisse-Encelade, survenue il y a environ 9 à 10 milliards d'années.

    Au début de l’Univers, les interactions entre les galaxies étaient très fréquentes. Les galaxies étaient soumises à des collisions de gravité variable ; de même, la capture de gigantesques nuages moléculaires ou de galaxies plus petites par des galaxies plus massives constituait un phénomène courant.

    Notre propre galaxie, la Voie lactée, n’a pas fait exception. Elle conserve encore aujourd’hui les traces de ces collisions. Grâce à l’immense volume de mesures de haute précision recueillies durant la mission Gaia, une étude récente a permis de reconstituer l’histoire de la jeune Voie lactée et d’identifier les « cicatrices » laissées par d’anciennes collisions.

    Une Voie lactée en formation, mais déjà en rotation

    Au début de l’Univers, les fusions de galaxies étaient plus fréquentes car l’Univers était plus compact, plus dense et plus riche en gaz. Il s’agissait d’une période cosmologique durant laquelle les galaxies étaient encore en train de se former par des fusions successives.

    Selon le modèle cosmologique Lambda-CDM, de petits halos de matière noire se sont progressivement assemblés pour former des halos de plus en plus massifs. À l’intérieur de ces structures, la formation des galaxies a commencé et celles-ci ont grandi grâce aux collisions, à l’accrétion de gaz et à l’incorporation de systèmes plus petits.

    Le modèle cosmologique standard Lambda-CDM décrit l’Univers comme un système dominé par deux composantes invisibles : l’énergie noire (Λ), responsable de l’expansion accélérée, et la matière noire froide (CDM), qui pilote la formation des galaxies et des amas. Dans ce modèle, les structures cosmiques se développent de manière hiérarchique : de petits halos de matière noire se forment d’abord, puis des galaxies de plus en plus grandes se construisent grâce aux fusions et à l’accrétion.

    Comme le soulignent les deux auteurs de l’étude, Matthew Orkney et Chervin Laporte, dans un article publié dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, notre galaxie constitue un laboratoire unique pour l’étude des processus d’accrétion des jeunes galaxies, car nous sommes capables de mesurer l’âge, la composition chimique et les mouvements d’étoiles individuelles.

    L’étude s’est concentrée sur la rotation primordiale de la galaxie. Dans le cadre du projet Auriga, en prenant en compte 30 galaxies semblables à la nôtre, les chercheurs ont simulé les conséquences de différentes collisions possibles. Ils ont montré que, si une fusion radiale peut presque totalement effacer les signatures cinématiques d’un ancien disque galactique, une ou plusieurs fusions de moindre ampleur peuvent au contraire le chauffer et le déformer sans pour autant le détruire.

    Exemple de simulation des champs magnétiques galactiques obtenue à l’aide des supercalculateurs du projet Auriga. Crédit : projet Auriga.
    Exemple de simulation des champs magnétiques galactiques obtenue à l’aide des supercalculateurs du projet Auriga. Crédit : projet Auriga.

    Le résultat est surprenant : malgré les collisions, notre disque stellaire pourrait être plus ancien et plus résistant qu’on ne le pensait jusqu’à présent.

    Gaia-Saucisse-Encelade a été moins violent que prévu

    La Voie lactée primitive porte encore les traces, ou plutôt les cicatrices, d’une ancienne collision qui s’est achevée par une fusion. La galaxie naine qui est entrée en collision avec la nôtre il y a environ 11 milliards d’années est appelée Gaia-Saucisse-Encelade.

    Le nom Gaia-Saucisse-Encelade combine plusieurs éléments : Gaia, la mission astrométrique dont les données ont permis d’identifier les étoiles appartenant à cette galaxie naine ; Saucisse, en raison de la distribution en forme de saucisse des vitesses de ses étoiles ; et Encelade, en référence au géant mythologique vaincu puis enseveli (à l’intérieur de la Voie lactée).

    Grâce aux mesures des positions et des vitesses de millions d’étoiles rendues possibles par la mission Gaia, les astronomes ont pu identifier les étoiles composant cette galaxie naine.

    Contrairement aux étoiles « indigènes » — celles nées dans la Voie lactée —, ces étoiles suivent des orbites très allongées (en forme de saucisse) et constituent une composante importante du halo galactique.

    Il y a environ 9 à 10 milliards d’années, notre galaxie est entrée en collision avec la galaxie naine Gaia-Saucisse-Encelade. Les traces de cet impact sont encore visibles aujourd’hui dans la rotation de la galaxie.

    Selon les conclusions de cette étude, l’impact n’a pas été d’une ampleur suffisante pour bouleverser profondément la Voie lactée. Les étoiles de notre galaxie, dont certaines sont âgées de près de 13,5 milliards d’années, conservent encore des traces significatives de leur mouvement de rotation originel.

    Cette illustration représente une phase de la fusion prévue entre notre galaxie, la Voie lactée, et la galaxie voisine d’Andromède, telle qu’elle se déroulera au cours des prochains milliards d’années. Sur cette image — qui montre le ciel nocturne de la Terre dans 3,75 milliards d’années — Andromède (à gauche) remplit l’ensemble du champ de vision et commence à déformer la Voie lactée sous l’effet des forces de marée. Crédit : NASA ; ESA ; Z. Levay et R. van der Marel, STScI ; T. Hallas ; et A. Mellinger.
    Cette illustration représente une phase de la fusion prévue entre notre galaxie, la Voie lactée, et la galaxie voisine d’Andromède, telle qu’elle se déroulera au cours des prochains milliards d’années. Sur cette image — qui montre le ciel nocturne de la Terre dans 3,75 milliards d’années — Andromède (à gauche) remplit l’ensemble du champ de vision et commence à déformer la Voie lactée sous l’effet des forces de marée. Crédit : NASA ; ESA ; Z. Levay et R. van der Marel, STScI ; T. Hallas ; et A. Mellinger.

    Si l’impact avec Gaia-Saucisse-Encelade avait été véritablement violent, il aurait effacé toute trace de cette rotation ordonnée parmi les anciennes populations stellaires du disque.

    On estime que le premier rapprochement avec cette galaxie naine s’est produit il y a environ 11 milliards d’années, tandis que la fusion elle-même se serait achevée entre 10 et 9 milliards d’années avant notre époque.

    L’explosion de formation stellaire dissimulée dans les amas globulaires

    Les indices confirmant cette rencontre rapprochée avec la galaxie naine Gaia-Saucisse-Encelade se retrouvent non seulement dans les schémas de rotation, mais aussi dans les amas globulaires : des regroupements sphériques d’étoiles liées entre elles par la gravitation.

    Ces amas stellaires présentent un âge qui coïncide avec l’époque de ce premier passage rapproché. Les chercheurs estiment que les effets gravitationnels exercés par cette galaxie naine sur le gaz présent dans le halo de notre Galaxie ont déclenché un épisode de formation stellaire intense, une véritable « explosion de formation stellaire ».

    Ainsi, cette fusion primitive n’a pas détruit la Voie lactée ; elle l’a au contraire transformée : en chauffant une partie de son disque, en mélangeant des populations stellaires d’origines diverses et en comprimant le gaz, favorisant ainsi la naissance de nouvelles étoiles et de nouveaux amas stellaires.

    Référence de l'article :

    Build-up and survival of the disc: from numerical models of galaxy formation to the Milky Way. 07 de maio, 2026. Matthew Orkney e Chervin Laporte.