Comprendre le lien entre le gaz et les galaxies
Selon le modèle cosmologique actuel, les galaxies se forment au sein de ce que l’on appelle la toile cosmique, un ensemble de surdensités reliées par un réseau de filaments. «Enchevêtrées dans ces filaments, les galaxies font partie d’un écosystème cosmique où leur interaction avec les formes de gaz environnantes détermine leur évolution», explique Michele Fumagalli, astrophysicien à l’université de Milano-Bicocca. Pour comprendre l’évolution des galaxies, il faut examiner les régions de gaz plus denses qui les entourent. Pour ce faire, les scientifiques utilisent un procédé appelé spectroscopie des raies d’absorption. «Grâce à la spectroscopie des raies d’absorption, le gaz que nous voulons étudier est sondé en silhouette par rapport à des sources d’arrière-plan brillantes et sans rapport», explique Michele Fumagalli. Toutefois, cette approche efficace a elle aussi ses limites. Par exemple, comme le processus consiste à sonder le gaz le long d’un faisceau en pinceau très étroit, les informations récupérées sur sa distribution spatiale sont souvent limitées. «En outre, pour établir un lien entre le gaz analysé par absorption et les propriétés des galaxies, il est nécessaire de réaliser des études très approfondies et complètes des galaxies entourant les nuages de gaz détectés, ce qui demande des efforts considérables, même en utilisant les plus grands télescopes», ajoute Michele Fumagalli. Soutenu par le projet FEEDGALAXIES financé par l’UE, Michele Fumagalli s’efforce de combler ces lacunes en matière d’observation.
Exploiter la puissance des spectrographes à champ intégral
Au cœur de cet effort se trouve l’élaboration de nouvelles techniques d’analyse capables d’exploiter la nature révolutionnaire des spectrographes à champ intégral, y compris le Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) installé sur le très grand télescope de l’Observatoire européen austral. Cet instrument complexe est composé de 24 spectrographes qui travaillent en tandem pour produire un cube de données où chaque pixel d’une image est associé à un spectre. «Le projet a consacré beaucoup de temps et d’efforts au développement de techniques de pointe pour transformer les observations de MUSE en données de très haute qualité qui ont révolutionné notre vision du lien entre le gaz et les galaxies», note Michele Fumagalli.
Une image plus complète de la manière dont les galaxies s’assemblent et évoluent
Forts de cette technique révolutionnaire, les chercheurs se sont tournés vers la toile cosmique et ont commencé à l’explorer et à la découvrir. Parmi leurs découvertes figure l’acquisition d’images directes de la forme et du contenu chimique des filaments de gaz et des enveloppes de gaz à proximité des galaxies. L’équipe du projet a également obtenu de nouvelles preuves de la façon dont cette phase gazeuse (un ingrédient essentiel pour l’assemblage et l’évolution des galaxies) évolue avec le temps et change en fonction du nombre de voisins à proximité des galaxies. De plus, le projet a permis d’étendre la vision de la connexion gaz-galaxie à une nouvelle région de l’espace des paramètres, atteignant des galaxies plus petites qui sont restées insaisissables dans le passé, mais qui représentent la plupart des galaxies qui peuplent l’univers. «Nos recherches nous ont aidés à mieux comprendre comment les galaxies s’assemblent et évoluent pour devenir les objets que nous voyons aujourd’hui dans l’univers, en créant une image plus complète des événements qui ont conduit à l’assemblage des populations générales de galaxies, y compris notre propre Voie lactée», fait remarquer Michele Fumagalli.
Les avantages de l’imagerie du gaz diffus entourant les galaxies
En combinant les données d’émission et d’absorption, le projet FEEDGALAXIES, soutenu par le Conseil européen de la recherche (CER), a modifié notre compréhension de la distribution du gaz autour des galaxies lointaines. «Auparavant, nos connaissances de l’environnement gazeux des galaxies lointaines se limitaient à une technique plus indirecte, la spectroscopie d’absorption», conclut Michele Fumagalli. «Grâce à notre nouvelle capacité à capturer le gaz diffus entourant les galaxies, nous avons acquis des connaissances sans précédent sur l’évolution des galaxies au fil du temps.»
Mots‑clés
FEEDGALAXIES, galaxies, univers, toile cosmique, évolution des galaxies, spectroscopie des raies d’absorption, nuages de gaz, télescopes, spectrographes à champ intégral