L’histoire différente des galaxies naines voisines de la Voie Lactée
1er novembre 2006
Les galaxies naines qui entourent la Voie Lactée ont-elles la même composition qu’elle ? Font-elles partie de ces briques de base qui ont formé les galaxies géantes, comme le prétend le scénario de formation hiérarchique ? Apparemment non, d’après une étude récente menée par DART (Dwarf Abundance and Radial velocity Team), une équipe internationale comprenant des chercheurs de l’Observatoire de Paris (GEPI, UMR 8111). Les spectres de 2000 étoiles obtenus avec l’instrument FLAMES au VLT de l’ESO, ont permis de déterminer la composition chimique de 4 de ces galaxies naines, qui présentent toutes un déficit d’étoiles les plus primitives comparativement à la Voie Lactée.
Les étoiles de petite masse (< 1 masse solaire) vivent plus longtemps que l’âge de l’Univers, et sont donc des témoins fiables de l’activité de formation d’étoiles qu’a connu une galaxie au cours du temps. En effet, l’Univers contenait à l’origine seulement de l’Hydrogène et de l’Helium, les autres éléments étant synthétisés dans le coeur des étoiles et recyclés dans le gaz galactique à la faveur de la mort des étoiles (supernovae, vents stellaires). La composition chimique d’étoiles de différents âges reflète donc l’enrichissement du gaz au cours du temps par les cycles de vie et de mort des étoiles dans une galaxie (histoire de la formation stellaire). Les quatre galaxies naines Sculptor, Fornax, Sextans et Carina sont toutes des satellites de faible luminosité de la Voie Lactée, situées entre 80 et 150 kpc, et dont l’histoire de la formation d’étoiles est assez variée, comme le reflète la distribution du contenu en fer de leurs étoiles (métallicité). Par exemple, Sculpteur a seulement formé des étoiles pendant les 2-3 premiers milliards d’années de son existence, et sa métallicité maximale arrive tout juste à 1/10ième de la métallicité solaire, alors que Fornax a continué à former des étoiles pendant plus de 10milliards d’années, et sa métallicité maximale arrive jusqu’a 1/3 de la métallicité solaire. Ceci est illustré en figure 1, où les distributions en contenu en Fer des 2000 étoiles mesurées dans les 4 galaxies sont montrées.
- Figure 1 : Distribution du contenu en Fer (abcisse en échelle logarithmique) dans 4 galaxies naines voisines de la Voie Lactée (Sculptor, Sextans, Fornax, et Carina), présentée en fraction relative, obtenue avec les observations FLAMES/VLT. Il y a une grande diversité de galaxie à galaxie, ce qui reflète leurs histoires très différentes de formation d’étoiles et enrichissement chimique.
Malgré cette diversité, si, comme le prédisent les modèles dits de formation hiérarchique des galaxies, ce sont des galaxies de petite masse qui s’assemblent pour former les galaxies les plus massives, on s’attend à ce que le contenu fossile des époques primitives (avant l’époque d’assemblage) soit similaire dans petites et grosses galaxies. Donc, si les galaxies naines sont les survivantes des briques élémentaires qui se sont assemblées pour constituer notre Voie Lactée, on s’attend à ce qu’aux époques les plus primitives (quand la métallicité était encore très faible), elles aient les mêmes caractéristiques que le Halo de notre Voie Lactée (où l’on trouve les étoiles à faible métallicité de la Galaxie). Il y a toutefois un dénominateur commun entre ces 4 galaxies naines : contrairement à ce que l’on pouvait attendre, il y a un manque d’étoiles très pauvres en Fer, i.e. avec une métallicité inférieure à -3. Alors que dans le Halo galacitique, sur 100 étoiles ayant un contenu en Fer
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On peut difficilement supposer dans ce cas que le halo de la Voie Lactée s’est formée par fusions successives de galaxies naines. Les ancêtres des galaxies naines et de la Voie Lactée sont clairement différents, ce qui n’est pas sans poser problème aux théories de formation hiérarchique des galaxies. ----
Référence : A New View of the Dwarf Spheroidal Satellites of the Milky Way from VLT FLAMES : Where Are the Very Metal-poor Stars ? Helmi, A. ; Irwin, M. J. ; Tolstoy, E. ; Battaglia, G. ; Hill, V. ; Jablonka, P. ; Venn, K. ; Shetrone, M. ; Letarte, B. ; Arimoto, N. ; Abel, T. ; Francois, P. ; Kaufer, A. ; Primas, F. ; Sadakane, K. ; Szeifert, T. 2006, Astrophysical Journal 651, L121 Voir aussi : ESO-PR : Cut from Different Cloth Contact Vanessa Hill (Observatoire de Paris, GEPI, UMR 8111)
Patrick François (Observatoire de Paris, GEPI, UMR 8111)
Dernière modification le 22 février 2013