Les données concernant le rayonnement fossile, la lumière du Big Bang, nous ont appris que le cosmos observable était âgé d'environ 13,8 milliards d'années. Ces données soutiennent aussi, jusqu'à un certain point, le modèle cosmologique standard basé sur l'énergie et la matière noire, modèle qui une fois implémenté dans des simulations numériques permet de faire des prédictions sur l'évolution du gaz d'hydrogène et d'hélium laissé, là aussi, par la fin du Big Bang pendant lequel la matière a été créée.

Comment croissent les galaxies ?

Bien qu'il y ait des énigmes paradoxales et des questions toujours sans réponse, ces prédictions reproduisent bien dans les grandes lignes les observations. Les images des télescopes spatiaux Hubble et James-Webb nous montrent ainsi bien des galaxies en évolution, notamment dans le passé, avec des collisions menant à des fusions de galaxies. Ces collisions sont un des processus qui les font croître avec l'accrétion de filaments de matière froide.

On cherche à faire de l'archéologie galactique en ce qui concerne la Voie lactée en y cherchant, grâce à la mission astrométrique Gaia de l'ESA, des traces fossiles dans les orbites des étoiles de notre Galaxie - traces laissées notamment par des collisions passées de galaxies avec la Voie lactée. On peut utiliser d'autres observations basées sur l'évolution chimique des galaxies, qui s'opère principalement dans les étoiles via des réactions de fusion thermonucléaires donnant des éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, notamment le carbone, l'azote, l'oxygène de la chimie organique, le fer, le silicium et le magnésium des roches.

Une publication récente dans Nature Astronomy fait état d'une nouvelle découverte concernant l'archéologie galactique, comme l'explique un communiqué de la Nasa. Un groupe d'astronomes a pour cela utilisé des observations du télescope Hubble concernant 39 amas globulaires situés dans les 20 000 années-lumière autour du centre de la Voie lactée.  

Les amas globulaires, des fossiles galactiques

Rappelons que les amas globulaires sont des concentrations sphéroïdales très denses de quelques centaines de milliers d'étoiles en moyenne qui se sont formées dans les premiers milliards d'années de l'histoire de l'Univers observable. Leurs tailles sont comprises entre quelques dizaines et quelques centaines d'années-lumière. Ils ont joué un rôle décisif en astronomie lorsque l'astronome Harlow Shapley a entrepris, à partir de 1914, d'utiliser ceux en orbite autour de la Voie lactée pour déterminer la taille de la Galaxie et la position qu'occupait le Soleil. Il arriva finalement au résultat escompté en 1918. Aujourd'hui, il est facile d'observer ces astres en utilisant un eVscope d’Unistallar.

Les amas globulaires contiennent beaucoup de vieilles étoiles de petite taille, qui ont par conséquent une longue durée de vie. Les datations fournies par la théorie de l'évolution stellaire leur donnent des âges compris entre 10 et 13 milliards d'années.

Les amas globulaires peuvent donc constituer de véritables sites archéologiques cosmiques, conservant des étoiles provenant de galaxies absorbées autrefois par la Voie lactée.

Dans le communiqué de la Nasa, Chiara Zerbinati, coauteure de l'étude publiée dans Nature à l'Université de Bologne, explique : « Grâce à la haute résolution et à la profondeur des images de Hubble, nous avons pu mesurer l'âge et la teneur en métaux de ces amas avec une précision sans précédent... Associées aux mesures de Gaia, ces données ont permis d'identifier une population d'amas globulaires différente des autres. Ce sont les amas qui sont nés dans LKH : ils nous indiquent quand cette galaxie a été engloutie par la nôtre et quelle était sa masse. »

Une fusion majeure survenue il y a 11,8 milliards d’années ?

Les chercheurs sont en effet arrivés à conclure avec ces observations que ces amas proviendraient d'une ancienne galaxie naine baptisée Low-energy-Kraken-Heracles (LKH). Avant son absorption par notre Galaxie, celle-ci aurait contenu environ 500 millions de masses solaires d'étoiles, une quantité considérable par rapport à la masse de la jeune Voie lactée.

Cette fusion majeure serait survenue il y a environ 11,8 milliards d'années, soit seulement deux milliards d'années après le Big Bang. Cette découverte repousse d'environ 1,8 milliard d'années les traces directes dont disposent les astronomes pour reconstituer l'histoire des grandes fusions de notre Galaxie. On connaissait précédemment la fusion entre la Voie lactée et la galaxie naine Gaïa-Encelade (Gaia-Sausage-Enceladus, pour les anglophones), mais les données de Hubble combinées avec les données astrométriques de Gaia ont donc révélé une population d'amas différente à la fois de ceux formés directement dans la jeune Voie lactée et de ceux apportés plus tard par la galaxie Gaïa-Encelade.