Des scientifiques français et chinois viennent de démontrer par simulation informatique que la galaxie spirale NGC 5907, dans la constellation du Dragon, serait née d'une fusion survenue il y a 8 à 9 milliards d'années. Six chercheurs de l'Observatoire de Paris, du CNRS, de l'Académie des sciences chinoise et de l'Université d'Aix-Marseille ont établi cette conclusion après 18 mois de travail sur des simulations numériques expliquant en images comment s'est formé ce vaste ensemble de gaz et d'étoiles entouré de boucles de matière. Les résultats ont été publiés le 13 février 2012 sur le site de "Astronomy and Astrophysics".

Cette galaxie de type Sc ou Sb+ fut découverte par William Herschel, le 5 mai 1788 mais c'est William Parsons qui remarquera le disque et la nommera NGC 5906. L'astronome amateur Walter Huston Scott lui donnera le surnom de "lame de couteau" (Knife Edge ou Splinter galaxy) en 1970. D'après les astronomes, la galaxie NGC 5907 fait partie des 50% de galaxies spirales actuelles qui auraient subi des épisodes de collision-fusion majeure au cours des derniers 9 milliards d'années.

Cette galaxie ,vue de profil et située à environ 45 millions d'années-lumière, dans la constellation du Dragon, ressemble à un disque aplati et dispose d'un petit noyau, en partie cachée par une fine bande de poussières. C'est ce type de galaxies dominées par un grand disque stellaire qui restaient jusqu'à présent très difficile à obtenir par fusions de galaxies avec des simulations numériques.

Simulation informatique de la collision de deux galaxies ayant crées l'actuelle galaxie NGC 5907, il y a 8 milliards d'années jusqu'à aujourd'hui. Crédits images : GEPI, Observatoire de Paris / CNRS / Pythéas / NAOC.

On remarque que NGC 5906 est entourée d'un système d'arches de matières complexe telles des boucles de matières géantes retombant sur elle. Il s'agit en fait de l'empreinte fossile de la collision à l'origine de NGC 5907. Cette forme complexe d'arche et le grand disque stellaire de NGC 5906 ont demandé 18 mois de travail à l'équipe des six chercheurs pour obtenir ce résultat final : des simulations hydrodynamiques mettant en œuvre de 200 000 à 6 millions de particules. Et ce afin de recréer numériquement cet ensemble complexe constitué de boucles qui se prolongent jusqu'à 150 000 années-lumière de part et d'autre du disque. Une distance comparable au diamètre de la galaxie soit 180 000 années-lumière.

Crédits images : Jay Gabany, cosmotography.com/ Observatoire de Paris/ CNRS/ Pythéas/ NAOC. Comparaison de la galaxie NGC 5907 du Dragon (à gauche) et du résultat de la simulation (à droite). Dans les deux cas, on obtient une galaxie spirale vue de profil entourée de quatre boucles de matières, signature de la collision-fusion.

Les simulations ont permis aux chercheurs d'arriver à la conclusion que l'astre a été engendré par la collision de deux galaxies spirales de taille assez comparable dont l'une serait probablement 3 à 5 fois plus massive que l'autre. Ces boucles incurvées se composent d'étoiles qui furent arrachées lors de la rencontre, par la gravité et les forces de marées. Ce qui rend leur forme difficile à reproduire par simulations et pourtant, les astronomes français et chinois sont parvenus à reproduire un disque mince, voilé et entouré de quatre boucles géantes.

Cette étape représente un test des scénarios cosmologiques de formation et d'évolution de l'Univers. Parmi ceux-ci, le "modèle hiérarchique" stipule que les galaxies se seraient assemblées par fusion et acquisition de briques successives.

Crédits vidéo : GEPI, Observatoire de Paris / CNRS / Pythéas / NAOC.

Jusqu'à maintenant les astronomes estimait que la galaxie spirale du Dragon était issue d'une collision mineure entre une galaxie spirale principale et petite galaxie satellite de 100 à 4 000 fois moins massive. Les simulations balaient totalement cette option car au contraire, cette galaxie composée à 23 % d'hydrogène-hélium et à 77 % d'étoiles brillantes, baignant dans un halo de matière noire de quatre fois sa taille se serait formée par la collision de deux galaxies spirales riches en gaz.

La galaxie NGC 5906. Crédit image : R Jay GaBany.

La fusion de ces deux univers-îles d'un total de 90 milliards de masses solaires, et qui contiendraient 60 à 80 % de gaz plus 40 % à 20 % d'étoiles, sont les parfaits ingrédients à même de reproduire NGC 5906. Lors de la collision, les disques galactiques initiaux sont détruits par interaction, puis reconstruits sous la forme d'un seul lors de la fusion.

Voici l'équipe de chercheurs qui sont les auteurs de cette étude : Jianling Wang, François Hammer, Evangelie Athanassoula, Mathieu Puech, Yanbin Yang et Hector Flores.

Les simulations ont été réalisées sur :

- des ordinateurs équipés de processeurs à 32 et 196 cœurs de calcul appartenant à l'Observatoire de Paris

- le supercalculateur à processeurs graphiques équipé de 680 cœurs de calcul de la ville de Pékin (Chine). Ce dernier est capable d'effectuer 50 000 milliards d'opérations à la seconde.