Crédit d'image: Chandra
Une nouvelle image de l'Observatoire de rayons X de Chandra montre une galaxie éloignée qui ressemblait à notre propre Voie lactée s'écraser sur un amas de galaxies à 7,5 millions de kilomètres par heure. La force de cette collision est si forte que l'hydrogène ambiant dans la galaxie est retiré, ne laissant que les bras spiraux squelettiques. Sans hydrogène, la formation de nouvelles étoiles dans la galaxie s'est arrêtée. Bien que des collisions de galaxies aient été vues auparavant, c'est la plus rapide et violente jamais vue.
Traînant des banderoles de gaz bouillonnants de 200000 années-lumière, une galaxie qui était autrefois comme notre Voie lactée est déchiquetée alors qu'elle plonge à 4,5 millions de miles par heure au cœur d'un amas lointain de galaxies. Dans cette collision inhabituellement violente avec le gaz d'amas ambiant, la galaxie est dépouillée de ses bras en spirale squelettique car elle est éviscérée d'hydrogène frais pour créer de nouvelles étoiles.
La disparition prématurée de la galaxie offre de nouveaux indices pour résoudre le mystère de ce qui arrive aux galaxies spirales dans un univers violent. Les vues du premier univers montrent que les galaxies spirales étaient autrefois beaucoup plus abondantes dans de riches amas de galaxies. Mais ils semblent avoir disparu au cours du temps cosmique. Où sont passés ces «corps manquants»?
Les astronomes utilisent un large éventail de télescopes et de techniques d’analyse pour effectuer un examen de type «CSI» ou de scène de crime sur ce qui se passe dans cette galaxie à l’intérieur du voisinage difficile de son amas. «Il s'agit clairement d'un cas d'assaut et de batterie de la galaxie», explique William Keel de l'Université de l'Alabama. «C'est la première fois que nous disposons d'une suite complète de résultats de techniques aussi disparates montrant le crime commis et le modus operandi.»
Keel et ses collègues présentent les «preuves médico-légales» de la fin de vie de la galaxie, dans une série de présentations aujourd'hui à Atlanta, en Géorgie, lors de la 203e réunion de l'American Astronomical Society. Les astronomes ont rassemblé les preuves en combinant diverses observations diagnostiques de télescopes analysant l’apparence de la galaxie en rayons X, optiques et radio. Des observations parallèles à différentes longueurs d'onde montrent comment les étoiles, le gaz et la poussière sont projetés et arrachés à la fragile galaxie, appelée C153. Bien que de telles galaxies «en détresse» aient été vues auparavant, la disparition de celle-ci est inhabituellement rapide et violente. La galaxie appartient à un amas de galaxies qui s'est écrasé dans un autre amas il y a environ 100 millions d'années. Cette galaxie a subi le plus gros des coups alors qu'elle tombait le long d'une trajectoire traversant le noyau dense de l'amas en collision.
«Cela aide à expliquer les étranges émissions de rayons X et de radio que nous voyons», explique Keel. "La galaxie est un laboratoire pour étudier comment le gaz peut être retiré lorsqu'il vole à travers le gaz de l'amas chaud, arrêtant la naissance des étoiles et transformant la galaxie."
La première suggestion de chaos galactique dans cet amas est venue en 1994 lorsque le radiotélescope Very Large Array près de Socorro, NM, a détecté un nombre inhabituel de radio-galaxies dans l'amas, appelé Abell 2125. Les sources radioélectriques retracent à la fois la formation des étoiles et l'alimentation de la centrale trous noirs dans les amas de galaxies. Les observations radio ont également montré que le C153 se démarquait des autres galaxies comme une source radio exceptionnellement puissante.
L'équipe de Keel a commencé un vaste programme d'observations supplémentaires pour découvrir des détails sur les galaxies. «Cela a été conçu pour voir quel pourrait être le lien entre les événements à l'échelle de 10 millions d'années-lumière de la fusion de grappes et ce qui se passe au plus profond des galaxies individuelles», explique Keel.
Les observations aux rayons X du satellite ROSAT (acronyme de Roentgen Satellite) ont démontré que l'amas contient de grandes quantités de gaz à 36 millions de degrés Fahrenheit (20 millions de degrés Kelvin) qui enveloppent les galaxies. Le gaz est concentré en deux morceaux principaux plutôt que réparti en douceur à travers le cluster, comme c'est plus souvent le cas.
Cela a renforcé le soupçon que deux amas de galaxies entrent en collision. Du milieu à la fin des années 1990, les astronomes ont tourné le télescope Mayall de 4 mètres et le télescope WIYN de 3,5 mètres au Kitt Peak National Observatory sur le cluster pour analyser la lumière des étoiles par spectroscopie. Ils ont trouvé de nombreux systèmes de formation d'étoiles et même des trous noirs galactiques alimentés par la collision. La galaxie en désintégration C153 s'est démarquée de façon spectaculaire lorsque les télescopes KPNO ont été utilisés pour photographier la grappe en couleur.
Les astronomes ont ensuite entraîné le télescope spatial Hubble (HST) de la NASA sur le C153 et ont résolu une forme bizarre. Ils ont découvert que la galaxie était inhabituellement grumeleuse avec de nombreux jeunes amas d'étoiles et des caractéristiques de poussière chaotiques. Outre les caractéristiques perturbées du disque de la galaxie, HST a également montré que la lumière dans la queue est principalement attribuée à la formation récente d'étoiles, fournissant un lien direct avec le décapage de la galaxie lors de son passage à travers le noyau de l'amas. Le gaz comprimé le long du bord d'attaque de la galaxie, comme la neige devant une charrue, a déclenché une tempête de feu de la naissance de nouvelles étoiles. Des preuves de la formation récente d'étoiles proviennent également du spectre optique obtenu au télescope Gemini North de 10 mètres à Hawaï. Le spectre permet aux chercheurs d'estimer le temps écoulé depuis l'éclatement le plus récent de la formation d'étoiles.
Cette conclusion a été encore renforcée lorsque la caméra Mosaic du télescope Mayall de Kitt Peak a trouvé une très longue queue de gaz étendu sortant de la galaxie. La queue a apparemment été générée en partie par un ouragan de vents stellaires bouillonnant au large des nouvelles régions de naissance des étoiles et soufflé vers l'arrière alors que la galaxie se fraye un chemin à travers les gaz chauds environnants de l'amas.
Les observations spectroscopiques avec le télescope Gemini ont permis aux astronomes de dater l'âge de l'explosion stellaire. Ils constatent que 90% de la lumière bleue du C153 provient d'une population d'étoiles qui ont 100 millions d'années. Cet âge correspond à la période pendant laquelle la galaxie aurait dû traverser le gaz le plus dense du noyau de l'amas.
Les observations spectroscopiques des Gémeaux montrent que les étoiles sont dans un schéma régulier de mouvement orbital autour du centre, comme d'habitude pour les galaxies à disques. Cependant, il existe plusieurs nuages de gaz répandus se déplaçant indépendamment des étoiles. "C'est un indice important que quelque chose au-delà des forces gravitationnelles doit être à l'œuvre, car les étoiles et le gaz répondent de la même manière aux forces purement gravitationnelles", explique Keel. "En d'autres termes, le gaz de la galaxie ne sait pas ce que font les étoiles."
L’Observatoire de rayons X Chandra de la NASA a découvert que les nuages plus froids détectés avec des télescopes optiques et une fonction radio associée sont intégrés dans une traînée de gaz de plusieurs millions de degrés. Les données de Chandra indiquent que ce gaz chaud a probablement été enrichi en éléments lourds par le starburst et chassé de la galaxie par son mouvement supersonique à travers le nuage de gaz beaucoup plus grand qui imprègne l'amas.
Collectivement, ces observations offrent la preuve que la pression dynamique du gaz externe dans l'amas élimine le propre gaz de la galaxie. On a longtemps émis l'hypothèse que ce processus expliquait l'évolution forcée des galaxies d'amas. Ses conséquences ont été observées de plusieurs manières. Quelques exemples à proximité, Sextet de Seyfert et Quintet de Stefan, sont des grappes étroites qui montrent les conséquences de collisions à grande vitesse.
La galaxie C153 est destinée à perdre les derniers vestiges de ses bras spiraux et à devenir une galaxie fade de type S0 ayant un renflement central et un disque, mais pas de structure à bras spiral. Ces types de galaxies sont communs dans les amas de galaxies denses observés aujourd'hui. Les astronomes prévoient de faire de nouvelles observations avec Gemini à nouveau en 2004 pour étudier la dynamique du gaz et des étoiles dans la queue.
Les membres de l'équipe scientifique sont William Keel (University of Alabama), Frazer Owen (National Radio Astronomy Observatory), Michael Ledlow (Gemini Observatory) et Daniel Wang (University of Massachusetts).
Le Marshall Space Flight Center de la NASA, à Huntsville, en Alberta, gère le programme Chandra pour le Bureau des sciences spatiales, siège de la NASA, Washington. Northrop Grumman de Redondo Beach, en Californie, anciennement TRW, Inc., était le principal entrepreneur de développement de l'observatoire. Le Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle les opérations scientifiques et aériennes du Chandra X-ray Center à Cambridge, Mass.
Source d'origine: communiqué de presse Chandra
