On en sait enfin davantage sur la formation des galaxies géantes

La solution était sous notre nez… enfin, à 10 milliards d’années-lumière près.

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© Pixabay / Pexels 𝕏

Si les galaxies spirales, à l’image de notre Voie lactée, dévoilent progressivement leurs secrets, leurs cousines elliptiques demeuraient jusqu’à présent une source d’interrogations pour la communauté scientifique. Heureusement, une équipe internationale d’astrophysiciens vient de lever le voile sur l’un des mystères les plus tenaces de notre cosmos : le processus de formation de ces imposantes galaxies.

Les résultats de leurs observations ont été publiés le 4 décembre dans la prestigieuse revue Nature. Observations issues des données collectées par l’observatoire ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), l’un des instruments les plus puissants au monde pour observer notre Univers.

Des géantes sphériques façonnées dès l’aube cosmique

Dans le bestiaire céleste contemporain, deux grandes familles de galaxies se distinguent. D’un côté, les spirales, véritables pépinières stellaires aux bras tournoyants gorgés de gaz, perpétuent inlassablement la création d’étoiles. La Galaxie d’Andromède (M31), notre voisine galactique la plus proche, la Galaxie du Tourbillon (M51) ou encore la Galaxie du Sombrero (M104) font partie de cette catégorie.

De l’autre, les elliptiques, massives structures sphéroïdales, abritent des populations stellaires vénérables, formées il y a plus de 10 milliards d’années. M87 (Virgo A), NGC 4552 ou M32 sont de cette famille. Les modèles cosmologiques peinaient jusqu’alors à expliquer comment ces dernières avaient acquis leur forme caractéristique.

L’hypothèse dominante suggérait une transformation progressive de disques en rotation vers une configuration tridimensionnelle. Toutefois, les nouvelles observations de cette étude remettent en cause ce scénario.

Une naissance fulgurante dans l’Univers primordial

Les observations menées par l’équipe de chercheurs ont porté sur un échantillon particulièrement représentatif : plus d’une centaine de galaxies situées dans une fenêtre temporelle précise, entre 2,2 et 5,9 milliards d’années après le Big Bang. Cette période, caractérisée par une intense activité de formation stellaire, s’avère déterminante pour comprendre l’architecture galactique primitive.

La poussière interstellaire, véritable marqueur de l’activité galactique, joue un rôle fondamental dans cette étude. Sa présence témoigne directement de l’existence de gaz, matière première indispensable à la naissance des étoiles. Les données recueillies démontrent ainsi une distribution spatiale très compacte de cette poussière, phénomène qui entre en contradiction directe avec les modèles classiques prédisant une répartition en forme de disque.

Pour parvenir à ces conclusions, l’équipe a mis au point une nouvelle technique d’analyse des données interférométriques (ensembles de mesures combinées de multiples antennes pour former des images en haute définition de l’Univers froid) d’ALMA. Cette approche méthodologique permet de dépasser les limitations des observations traditionnellement utilisées en reconstituant avec précision la géométrie tridimensionnelle des régions poussiéreuses. Cela permet aux chercheurs de travailler avec des images en excellente résolution.

Les données collectées prouvent que ces galaxies primitives présentaient déjà une morphologie sphéroïdale prononcée, bien différente de la structure aplatie caractéristique des disques galactiques. Cette configuration géométrique précoce établit un lien direct avec les galaxies elliptiques que nous observons dans notre voisinage cosmique contemporain.

Cette similitude morphologique suggère une continuité évolutive jusqu’alors inconnue, remettant en question le paradigme d’une transformation progressive de la forme des galaxies au cours du temps. En réalité, les mécanismes de concentration de la matière et de formation stellaire intensive ont opéré de manière beaucoup plus rapide et efficace que ce que les modèles théoriques ne le prévoyaient jusqu’à présent.

L’interprétation des observations par simulation numérique

Les simulations cosmologiques effectuées par l’équipe apportent un éclairage complémentaire sur les mécanismes physiques à l’œuvre. L’action conjuguée des flux de gaz froid intergalactiques et des interactions entre galaxies conduirait à la concentration du gaz et de la poussière dans des noyaux compacts. Ces régions centrales, véritables creusets stellaires, catalysent une formation d’étoiles particulièrement intense.

C’est grâce à l’analyse des archives d’ALMA que cette percée scientifique a pu avoir lieu, ce qui prouve que le modèle collaboratif est très efficace en astronomie moderne. La mise en commun des données observationnelles, collectées sur plusieurs années, permet aux équipes internationales de chercheurs de maximiser le potentiel scientifique des instruments.

Les perspectives d’exploration s’annoncent donc particulièrement fécondes avec les déploiements récents d’une nouvelle génération d’observatoires. Le tandem spatial JWST-Euclid apportera un regard inédit sur la distribution des populations stellaires au sein des précurseurs des galaxies elliptiques. L’Extremely Large Telescope, avec son miroir monumental de 39 mètres, atteindra une résolution spatiale permettant de disséquer les processus physiques au cœur de ces structures galactiques anciennes. La synergie entre ALMA et le Very Large Telescope, quant à elle, aidera à élucider l’action du gaz interstellaire et de dévoiler les mécanismes qui régissent l’alimentation des régions de formation stellaire et sculptent la forme des galaxies contemporaines.

Bien que nous ne puissions pas prédire avec certitude le rythme exact de ces futures découvertes, il est indéniable que la prochaine décennie s’annonce particulièrement excitante pour l’astrophysique. Vivement la suite !

• Les galaxies elliptiques ont pris leur forme sphérique dès les premiers âges de l’Univers
• La compacité de la poussière interstellaire prouve que les galaxies elliptiques se sont formées bien plus tôt qu’attendu.
• Ces nouvelles observations remettent en cause les modèles classiques et seront certainement complétées par d’autres découvertes dans les prochaines années.

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