Un regard sur la jeunesse de notre galaxie

Comment se forment les galaxies comme notre système de la Voie lactée ? Elles grandissent en fusionnant avec d'autres îlots de leur environnement, augmentant ainsi leur masse et le nombre de leurs étoiles. Notre système de Voie lactée, dont le nom scientifique est Galaxie, n'a pas fait exception à la règle lorsqu'il s'est formé il y a 12 à 13 milliards d'années, soit quelques centaines de millions d'années après le Big Bang. Khyati Malhan et Hans-Walter Rix, deux chercheurs de l'Institut Max Planck pour l'astronomie à Heidelberg, ont réussi à détecter deux des premières fusions de ce type. Ils ont donné les noms de Shiva et Shakti à ces populations stellaires, qui comptent au total environ six millions d'étoiles.

C'est en utilisant les données du satellite européen d'astrophysique Gaia et du sondage céleste SDss (Sloan Digital Sky Survey) que les deux scientifiques ont retrouvé la trace de Shiva et Shakti. A première vue, il est très surprenant de trouver encore des traces de fusions de galaxies peu après le Big Bang, car les populations d'étoiles et les accumulations de gaz et de poussières emportées dans les îles-mondes se sont également mélangées dans la galaxie en croissance. Cependant, les étoiles impliquées conservent certaines caractéristiques de base qui permettent de les reconnaître. Elles remontent aux mouvements et aux directions des îles-mondes qui fusionnent avec le système de la Voie lactée.

Les étoiles des deux premières galaxies ont chacune des valeurs caractéristiques de leur moment cinétique et de leur quantité de mouvement. Celles-ci persistent même lorsqu'elles se déplacent dans le champ gravitationnel de notre galaxie. Grâce à l'énorme base de données du télescope spatial Gaia, il est possible d'identifier de grands groupes d'étoiles à partir de son catalogue d'environ un milliard et demi d'entrées, par un filtrage complexe des données. Elles présentent alors les mêmes valeurs inhabituelles de quantité de mouvement et de moment angulaire qui les distinguent de la majorité des étoiles de notre système de Voie Lactée.

Une autre indication est fournie par l'empreinte chimique, en particulier la teneur en éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, que l'astrophysique appelle, pour simplifier, les métaux. Cette teneur est appelée "métallicité". Si vous êtes à la recherche de processus qui se sont déroulés dans la jeunesse de notre univers, et donc du système de la Voie lactée, vous devez rechercher des étoiles très anciennes. Elles se caractérisent par une faible métallicité, c'est-à-dire une faible proportion d'éléments lourds, et sont dites pauvres en métaux. En revanche, notre Soleil, qui s'est formé "seulement" il y a environ 4,5 milliards d'années, est très riche en métaux.

Pour le savoir, Malhan et Rix ont comparé les étoiles sélectionnées à partir des données de Gaia avec les données spectroscopiques détaillées du relevé du ciel SDss afin de déterminer leur composition chimique. L'analyse a ensuite permis d'identifier deux grands groupes de six millions de membres, chacun présentant des valeurs similaires de composition, de quantité de mouvement et de moment cinétique. Malhan, premier auteur, les a baptisés Shakti et Shiva. Shiva est l'une des principales divinités de l'hindouisme et Shakti une force cosmique féminine, souvent représentée comme la compagne de Shiva.

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