Un événement survenu il y a 11 milliards d’années pourrait avoir modifié la structure de la Voie lactée

La Voie lactée possède une structure complexe composée de différents éléments. Son disque galactique concentre une grande partie des jeunes étoiles, du gaz et des régions de formation stellaire au sein des bras spiraux. Au centre de la galaxie se trouve un bulbe stellaire entourant le trou noir supermassif Sgr A*. Autour du disque et du bulbe s’étend le halo galactique, composé d’étoiles anciennes, d’amas globulaires et de matière noire. Le Système solaire est situé dans le disque et orbite autour du centre galactique à une distance d’environ 27 000 années-lumière.

Pour comprendre comment la Voie lactée a acquis sa structure actuelle, il est nécessaire de reconstituer son histoire évolutive ainsi que ses interactions gravitationnelles passées. Au cours de la formation galactique, les collisions et fusions avec des galaxies plus petites jouent un rôle dans la redistribution des étoiles, du gaz et du moment angulaire. Ces interactions peuvent chauffer le disque stellaire, modifier sa rotation et même détruire certaines structures. L’un des principaux objectifs des modèles galactiques est de comprendre comment le disque fin de la Voie lactée a réussi à acquérir la forme aplatie et la rotation observées aujourd’hui.

Récemment, des astronomes ont réalisé des simulations numériques et les ont comparées à des données d’observation afin d’étudier comment la structure de la Voie lactée a été façonnée au fil du temps. Les modèles ont analysé l’impact d’anciennes collisions galactiques sur des disques stellaires semblables à celui de notre galaxie. Les résultats montrent que la Voie lactée pourrait avoir subi une collision majeure il y a environ 11 milliards d’années. Selon l’étude, cet événement aurait été capable de détruire un ancien disque galactique avant de conduire ensuite à la formation du disque actuel.

La structure de la Voie lactée

La Voie lactée est une galaxie spirale barrée composée de différentes structures stellaires et gravitationnelles organisées à plusieurs échelles. Dans sa région centrale se trouve le bulbe galactique, caractérisé par une forte concentration d’étoiles anciennes entourant le trou noir supermassif Sgr A*. Autour de cette structure se situe le disque galactique où se trouvent des bras spiraux riches en gaz interstellaire, en poussières et en régions actives de formation stellaire.

L’ensemble de cette structure est plongé dans un halo dominé gravitationnellement par la matière noire. Le halo galactique de la Voie lactée est une région approximativement sphérique qui entoure toute la galaxie et abrite des étoiles anciennes ainsi que des amas globulaires. Contrairement au disque, les étoiles du halo possèdent des orbites inclinées et réparties de manière moins organisée. La Voie lactée est également entourée d’un halo bien plus vaste de matière noire, responsable d’une grande partie de sa masse gravitationnelle.

Le disque galactique

Cependant, la structure la plus connue et la plus emblématique reste le disque de la Voie lactée, une structure aplatie composée d’étoiles, de gaz et de poussières. Il s’est formé à partir de l’effondrement gravitationnel du gaz primordial au début de l’évolution de la galaxie, tout en conservant une partie du moment angulaire du système d’origine. À l’intérieur du disque se sont développés des bras spiraux, des régions de formation stellaire intense et des structures dynamiques liées à l’évolution gravitationnelle de la galaxie.

L’une des grandes questions concernant le disque galactique est d’expliquer les vitesses observées des étoiles. D’après la matière visible, les étoiles les plus éloignées devraient orbiter plus lentement mais les observations montrent des vitesses bien supérieures à celles attendues. Ce comportement constitue l’une des principales preuves de la présence de matière noire entourant la galaxie dans un halo gravitationnel invisible. De plus, certaines interrogations subsistent quant à la manière dont le disque a réussi à conserver une structure relativement stable.

Une collision dans le passé

La Voie lactée n’a probablement pas évolué de manière isolée mais a connu des interactions gravitationnelles au cours de son histoire. Depuis des décennies, les astronomes soupçonnent que des collisions avec de plus petites galaxies ont façonné la structure observée aujourd’hui. Cette hypothèse a été renforcée en 2018 grâce aux données de la mission Gaia qui ont révélé des étoiles aux mouvements inhabituels dans le halo galactique. Les orbites de ces étoiles indiquent qu’elles proviennent d’une galaxie plus petite absorbée par la Voie lactée il y a environ 10 milliards d’années.

Cet événement est devenu connu sous le nom de fusion Gaia-Sausage-Enceladus. Cette collision a probablement redistribué les étoiles, le gaz et le moment angulaire dans une grande partie de la galaxie. De nouvelles études basées sur des simulations ont analysé la manière dont les disques galactiques se forment et évoluent après ce type de collision. Les résultats montrent que le disque observé aujourd’hui pourrait s’être formé après que la galaxie s’est réorganisée dynamiquement à la suite d’une collision survenue il y a environ 11 milliards d’années.

Un boom de formation stellaire

Les simulations indiquent également que cette collision a coïncidé avec une augmentation brutale de la formation d’amas stellaires et de nouvelles étoiles dans la galaxie. Lors des collisions galactiques, de grandes quantités de gaz interstellaire subissent une compression gravitationnelle qui accroît la densité du gaz dans certaines régions, favorisant ainsi l’effondrement des nuages moléculaires. En conséquence, le taux de formation stellaire augmente rapidement sur une période relativement courte.

Les modèles de l’événement Gaia-Sausage-Enceladus suggèrent que cette collision aurait provoqué une véritable explosion de formation stellaire dans la Voie lactée primitive. La coïncidence temporelle entre la fusion galactique et l’augmentation du nombre d’amas stellaires apporte une nouvelle preuve de l’influence de ces collisions sur l’évolution de la galaxie. Selon les chercheurs, c’est la première fois qu’un lien entre l’événement Gaia-Sausage-Enceladus et ce sursaut de formation stellaire est établi.

Référence de l'article :

Orkney and Laporte 2026 Build-up and survival of the disc: from numerical models of galaxy formation to the Milky Way Monthly Notices of the Royal Astronomical Society