Hubble révèle une fusion galactique vieille de 11,8 milliards d’années

Le télescope spatial Hubble n’a pas photographié une collision cosmique en direct. Il a plutôt permis d’en retrouver les empreintes fossiles : des amas globulaires, de très denses regroupements d’étoiles, qui ont conservé la mémoire de leur galaxie d’origine.

Selon les résultats rapportés, ces indices montrent qu’une galaxie naine appelée Low-energy-Kraken-Heracles, ou LKH, a fusionné avec la jeune Voie lactée il y a environ 11,8 milliards d’années. Cette découverte repousse de quelque 1,8 milliard d’années la plus ancienne étape documentée de l’assemblage de notre Galaxie.

Des amas globulaires comme archives cosmiques

Les amas globulaires sont des ensembles sphériques contenant de milliers à plusieurs millions d’étoiles liées par la gravité. Comme leurs étoiles se sont formées à peu près au même moment, leur âge et leur composition chimique peuvent révéler l’environnement dans lequel elles sont nées.

Même lorsque la galaxie qui les abritait a été démembrée puis absorbée, ces amas peuvent continuer à circuler dans la Galaxie et à en préserver la trace. Les observations d’Hubble, capables de distinguer les étoiles individuelles de ces systèmes, ont fourni les données nécessaires à cette « archéologie galactique ».

L’équipe dirigée par Davide Massari a identifié trois séquences distinctes d’âge et de métallicité parmi les amas globulaires de la Voie lactée : une associée à la population originelle de la Galaxie, une liée à la fusion Gaia-Enceladus, et une troisième, intermédiaire, indiquant au moins une fusion plus ancienne.

C’est cette population intermédiaire qui constitue l’indice central en faveur de LKH.

Une collision antérieure à Gaia-Sausage-Enceladus

La fusion LKH aurait eu lieu environ 1,5 milliard d’années après le Big Bang, selon les résultats de recherche cités. La NASA présente plus prudemment l’événement comme une collision survenue « il y a environ 12 milliards d’années ».

Ces deux formulations sont compatibles : 11,8 milliards d’années correspond à l’estimation la plus précise, tandis que la NASA arrondit la date. L’événement serait intervenu environ 1,8 milliard d’années avant la fusion mieux connue de la galaxie naine Gaia-Sausage-Enceladus.

La chronologie se dessine donc ainsi :

1. La Voie lactée commence à se former.
2. Elle absorbe LKH il y a environ 11,8 milliards d’années.
3. Elle fusionne plus tard avec Gaia-Sausage-Enceladus, environ 1,8 milliard d’années après l’événement LKH, d’après les résultats rapportés.

Cette histoire suggère que la Voie lactée ne s’est pas constituée d’un seul bloc. Sa croissance s’est faite par étapes, au fil de fusions qui ont apporté des étoiles et des amas provenant de galaxies différentes. Une grande partie de la matière attribuée à LKH aurait été déposée dans les régions les plus internes de la Voie lactée.

Que signifie le nom LKH ?

Le nom Low-energy-Kraken-Heracles réunit trois appellations utilisées dans des travaux antérieurs : les amas dits « low-energy », la structure proposée de Kraken et une structure de type Heracles.

L’interprétation présentée par les auteurs les relie à un seul système progéniteur, plutôt que de les considérer comme les vestiges de plusieurs événements entièrement distincts. Elle apporte ainsi une explication à des structures auparavant étudiées séparément et met fin, selon l’étude, aux débats sur l’existence de cette troisième fusion ancienne.

Les estimations donnent à LKH une masse stellaire d’environ 500 millions de masses solaires, comparable à celle de Gaia-Sausage-Enceladus. Autrement dit, cette galaxie naine représentait une contribution considérable pour une Voie lactée encore en pleine construction.

Hubble n’a pas observé la collision elle-même

La fusion s’est produite des milliards d’années avant l’existence de Hubble. Le télescope a donc étudié les survivants de l’événement : l’âge des amas, leur composition en éléments lourds et leur regroupement dans les régions internes de la Galaxie.

Ces indices ne constituent pas une image de la collision, mais ils fonctionnent comme les fragments d’un site archéologique. Mis bout à bout, ils révèlent qu’un apport majeur de matière stellaire a rejoint la jeune Voie lactée à une époque extrêmement reculée.

D’autres fusions anciennes restent-elles à découvrir ?

Il est trop tôt pour savoir combien d’autres événements de ce type seront identifiés. La NASA mène notamment le Hubble Missing Globular Clusters Survey, un programme destiné à compléter les observations des amas globulaires connus de la Voie lactée et à examiner ceux qui restent inexplorés dans le bulbe ou le halo galactique.

Ces observations pourraient affiner la reconstitution de l’histoire de notre Galaxie. Elles ne permettent toutefois pas encore de quantifier le nombre de fusions supplémentaires que les astronomes pourraient retrouver.

Le résultat actuellement le mieux établi est déjà majeur : l’étude des amas globulaires repousse jusqu’à environ 11,8 milliards d’années la plus ancienne grande étape connue de la croissance de la Voie lactée, avec l’absorption d’une galaxie naine riche d’environ un demi-milliard d’étoiles en équivalent de masse solaire.