Monthly Notices Royal Astronomical Society

Un choc galactique qui a réécrit l’histoire de la Voie lactée

Les galaxies ne naissent pas en vase clos. La Voie lactée, notre foyer cosmique, en est la preuve vivante : son histoire est marquée par des collisions avec d’autres systèmes stellaires, des rencontres qui ont façonné sa structure actuelle. Une étude récente, publiée dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, révèle que l’une de ces collisions – celle avec la galaxie naine Gaia-Sausage-Enceladus (GSE) – a été bien plus destructrice qu’on ne le pensait. Selon les chercheurs, ce choc, survenu il y a environ 11 milliards d’années, a presque entièrement anéanti le disque stellaire de la Voie lactée, avant que celui-ci ne se reforme progressivement.

L’équipe dirigée par des scientifiques de l’Institut des Sciences du Cosmos de l’Université de Barcelone (ICCUB) et de l’Institut d’Études Espatiales de Catalogne (IEEC) a combiné simulations numériques et données observationnelles pour retracer cette page violente de notre histoire galactique. Leurs travaux s’appuient notamment sur les mesures de la mission Gaia, qui a permis d’identifier une population d’étoiles aux mouvements atypiques – un vestige direct de la collision GSE.

Le disque galactique, une structure fragile

Le disque de la Voie lactée, cette vaste structure en forme de soucoupe où résident la plupart des étoiles – dont le Soleil – tourne à une vitesse vertigineuse : plus de 220 kilomètres par seconde. Pendant des décennies, les astronomes ont tenté de déterminer quand ce disque rotatif s’est formé pour la première fois. Une clé majeure réside dans les mouvements et les âges des étoiles : à un moment donné de l’histoire de la galaxie, ces astres ont commencé à se déplacer de manière cohérente, marquant ce que les scientifiques appellent le « spin-up time » (le moment où la rotation s’est enclenchée).

Or, la Voie lactée n’a pas évolué en isolation. Dès les années 1990, des hypothèses suggéraient qu’une collision avec une galaxie plus petite avait joué un rôle majeur dans sa formation. Cette théorie a été confirmée en 2018, lorsque les données de Gaia ont révélé l’existence d’un groupe d’étoiles aux trajectoires inhabituelles, trahissant une fusion massive survenue il y a environ 10 milliards d’années. Cet événement, désormais connu sous le nom de fusion Gaia-Sausage-Enceladus (GSE), a profondément marqué la structure de notre galaxie.

Les nouvelles simulations montrent que cette collision a été si violente qu’elle a presque entièrement détruit le disque stellaire primitif de la Voie lactée. Les chercheurs estiment que ce disque n’a commencé à se reconstituer que bien plus tard, après des centaines de millions d’années de réorganisation gravitationnelle. Les disques galactiques sont des structures bien plus fragiles qu’on ne le pensait, souligne l’étude, qui met en lumière la résilience des galaxies face aux chocs cosmiques.

Des étoiles témoins d’un cataclysme ancien

L’une des découvertes les plus marquantes de cette recherche concerne les amas stellaires – des groupes d’étoiles liées gravitationnellement. En analysant leur distribution et leur âge, les astronomes ont pu retracer l’impact de la collision GSE. Ces amas, aujourd’hui dispersés dans le halo galactique, portent les cicatrices de l’événement : leurs orbites chaotiques et leurs compositions chimiques atypiques trahissent leur origine extracalaire.

Les simulations ont permis de reproduire les conséquences d’une telle collision. Lorsque deux galaxies entrent en interaction, leurs disques stellaires – ces régions plates et minces où les étoiles sont concentrées – subissent des ondes de choc gravitationnelles qui dispersent les étoiles sur des orbites excentriques. Dans le cas de la Voie lactée, cette perturbation a été si intense qu’elle a effacé près de 90 % du disque primitif, selon les estimations des chercheurs.

Pourtant, malgré cette destruction massive, la galaxie a su se reconstruire. Les étoiles survivantes ont progressivement repris une rotation cohérente, formant le disque que nous observons aujourd’hui. Ce processus de reconstitution a pris des centaines de millions d’années, un délai qui explique pourquoi les traces de la collision GSE sont encore visibles dans les mouvements stellaires actuels.

Pourquoi cette découverte change-t-elle notre compréhension de la Voie lactée ?

Cette étude ne se contente pas de retracer un événement passé : elle remet en question certaines idées reçues sur la formation des galaxies. Pendant longtemps, les astronomes ont supposé que les disques galactiques se formaient de manière progressive et stable. Or, les nouvelles données montrent que ces structures peuvent être totalement remodelées par des collisions, avant de se reformer partiellement.

En outre, cette recherche offre un nouvel éclairage sur le halo galactique, cette sphère d’étoiles anciennes qui entoure le disque. Une partie de ces étoiles pourraient en réalité provenir de la galaxie GSE, incorporées à la Voie lactée lors de la collision. Cette hypothèse pourrait expliquer certaines anomalies observées dans la chimie stellaire et les vitesses orbitales.

Les auteurs de l’étude soulignent également l’importance de ces travaux pour affiner les modèles de formation des galaxies. Comprendre comment la Voie lactée a survécu à un tel choc nous aide à mieux saisir les mécanismes de résilience des galaxies en général, expliquent-ils. Ces résultats pourraient ainsi avoir des répercussions sur notre compréhension de l’évolution des galaxies dans l’univers jeune, une époque où les collisions étaient bien plus fréquentes.

Et demain ? Vers une meilleure compréhension des fusions galactiques

Si cette étude éclaire un pan obscur de notre histoire cosmique, elle ouvre également de nouvelles questions. Par exemple, combien de collisions similaires la Voie lactée a-t-elle subies ? Et quels autres vestiges de ces rencontres restent-ils à découvrir ?

Les chercheurs espèrent que les futures données de Gaia, ainsi que les observations du télescope spatial James Webb, permettront d’affiner encore ces modèles. En particulier, l’étude des amas globulaires et des étoiles les plus anciennes pourrait révéler d’autres traces de fusions passées.

Sur le plan technique, ces travaux pourraient aussi inspirer de nouvelles simulations numériques, capables de reproduire avec plus de précision les interactions entre galaxies. À terme, une meilleure compréhension de ces processus pourrait même aider à prédire le destin futur de la Voie lactée, notamment sa future collision avec la galaxie d’Andromède – un événement prévu dans environ 4,5 milliards d’années.

En attendant, cette découverte rappelle une vérité fondamentale : notre galaxie n’est pas un système isolé, mais le résultat d’une histoire tumultueuse de collisions, de destructions et de renaissances. Et si la Voie lactée a survécu à un tel cataclysme, c’est peut-être le signe que les galaxies, comme les espèces vivantes, savent se réinventer après les crises.