Un panorama de la galaxie d'Andromède dévoile des centaines de millions d'étoiles

Au cours des années qui ont suivi le lancement du télescope spatial Hubble de la NASA, les astronomes ont recensé plus d'un trillion de galaxies dans l'Univers. Mais une seule galaxie se distingue comme l'île stellaire la plus importante à proximité de notre Voie lactée : la magnifique galaxie d'Andromède (Messier 31). On peut l'observer à l'œil nu par une nuit d'automne très claire comme un objet de faible luminosité en forme de cigare dont le diamètre angulaire apparent est à peu près égal à celui de notre lune.

Image à la boussole et à l'échelle de la mosaïque PHAT+PHAST de M31 La galaxie d'Andromède, une galaxie spirale, s'étend sur toute sa largeur. Elle est inclinée presque par la tranche par rapport à notre ligne de vue, de sorte qu'elle apparaît comme un ovale extrême sur le côté. Les bords de la galaxie sont irréguliers car l'image est une mosaïque d'images carrées plus petites. Les bords extérieurs sont bleus, tandis que les deux tiers intérieurs sont jaunâtres avec un noyau central brillant. Des nuages filamenteux sombres et poussiéreux s'enroulent autour de la moitié extérieure du disque de la galaxie. À 10 heures, une galaxie elliptique naine plus petite forme une tache floue et jaune. La vision nette de Hubble distingue environ 200 millions d'étoiles dans l'image. L'arrière-plan de l'espace est noir. Il y a ce qui semble être des marches vers le bas, principalement vers le milieu, ce qui indique qu'aucune donnée n'a été prise. Les régions intéressantes comprennent : (a) des amas d'étoiles bleues brillantes intégrées dans la galaxie, des galaxies d'arrière-plan visibles beaucoup plus loin et un bombardement photographique par quelques étoiles brillantes au premier plan qui sont en fait à l'intérieur de notre Voie lactée ; (b) NGC 206, le nuage d'étoiles le plus visible d'Andromède contenant une concentration d'étoiles bleues brillantes ; (c) un jeune amas d'étoiles bleues naissantes ; (d) la galaxie satellite M32, qui pourrait être le noyau résiduel d'une galaxie qui est entrée en collision avec Andromède. Le noyau central est une tache jaunâtre d'étoiles non résolues ; (e) des bandes de poussière sombres à travers une myriade d'étoiles jaunes. Crédit : ESA/Hubble Information Centre

Il y a un siècle, Edwin Hubble a établi pour la première fois que cette « nébuleuse spirale » se trouvait en réalité très loin de notre propre galaxie, la Voie lactée, à une distance d'environ 2,5 millions d'années-lumière, soit environ 25 fois le diamètre de la Voie lactée. Avant cela, les astronomes avaient longtemps pensé que la Voie lactée englobait l'univers tout entier. Du jour au lendemain, la découverte d'Hubble a bouleversé la cosmologie en dévoilant un univers infiniment plus grand.

Aujourd'hui, un siècle plus tard, le télescope spatial baptisé Hubble a réalisé l'étude la plus complète de cet empire d'étoiles fascinant. Le télescope Hubble fournit de nouveaux indices sur l'histoire évolutive d'Andromède, et celle-ci semble sensiblement différente de celle de la Voie lactée.

Sans Andromède comme substitut des galaxies spirales dans l'univers, les astronomes en sauraient bien moins sur la structure et l'évolution de notre propre Voie Lactée. C'est parce que nous sommes intégrés à la Voie Lactée. C'est comme essayer de comprendre la disposition de la ville de New York en se tenant au milieu de Central Park.

« Avec Hubble, nous pouvons obtenir des détails considérables sur ce qui se passe à l'échelle globale dans l'ensemble du disque de la galaxie. On ne peut pas faire cela avec n'importe quelle autre grande galaxie », a déclaré le chercheur principal Ben Williams de l'Université de Washington.

Les capacités d'imagerie de Hubble permettent de détecter plus de 200 millions d'étoiles dans la galaxie d'Andromède, en ne détectant que les étoiles plus brillantes que notre Soleil. Elles ressemblent à des grains de sable sur la plage. Mais ce n'est que la pointe de l'iceberg. La population totale d'Andromède est estimée à 1 000 milliards d'étoiles, et de nombreuses étoiles moins massives se situent en dessous de la limite de sensibilité de Hubble.

Visite vidéo de la vue panoramique de la galaxie d'Andromède prise par Hubble. Crédit : HubbleWebbESA

Photographier Andromède a été une tâche herculéenne, car la galaxie est une cible bien plus grande dans le ciel que les galaxies que Hubble observe régulièrement, qui se trouvent souvent à des milliards d'années-lumière. La mosaïque complète a été réalisée dans le cadre de deux programmes Hubble. Au total, cela a nécessité plus de 1 000 orbites de Hubble, réparties sur plus d'une décennie.

Ce panorama a été réalisé il y a une dizaine d'années grâce au programme Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT). Des images ont été obtenues dans les longueurs d'onde proches de l'ultraviolet, du visible et de l'infrarouge à l'aide de la caméra avancée pour les relevés et de la caméra à champ large 3 à bord du télescope Hubble pour photographier la moitié nord d'Andromède.

Ce programme a été suivi par le Panchromatic Hubble Andromeda Southern Treasury (PHAST), récemment publié dans The Astrophysical Journal et dirigé par Zhuo Chen de l'Université de Washington, qui a ajouté des images d'environ 100 millions d'étoiles dans la moitié sud d'Andromède. Cette région est structurellement unique et plus sensible à l'histoire de la fusion de la galaxie que le disque nord cartographié par l'enquête PHAT.

Les programmes combinés couvrent l'intégralité du disque d'Andromède, qui est vu presque de profil, incliné de 77 degrés par rapport à la vue terrestre. La galaxie est si grande que la mosaïque est constituée d'environ 600 champs de vision distincts. L'image de la mosaïque est composée d'au moins 2,5 milliards de pixels.

Les programmes complémentaires de relevés de Hubble fournissent des informations sur l'âge, l'abondance des éléments lourds et les masses stellaires à l'intérieur d'Andromède. Cela permettra aux astronomes de faire la distinction entre les scénarios concurrents dans lesquels Andromède a fusionné avec une ou plusieurs galaxies. Les mesures détaillées de Hubble contraignent les modèles de l'histoire de la fusion d'Andromède et de l'évolution du disque.

Un « accident de train » galactique

Bien que la Voie lactée et Andromède se soient probablement formées à la même époque, il y a plusieurs milliards d'années, les observations montrent qu'elles ont des histoires évolutives très différentes, bien qu'elles se soient développées dans le même voisinage cosmologique. Selon les chercheurs, Andromède semble être plus peuplée d'étoiles plus jeunes et de caractéristiques inhabituelles comme des flux cohérents d'étoiles. Cela implique qu'elle a une histoire récente de formation d'étoiles et d'interactions plus active que la Voie lactée.

« Andromède est une catastrophe. On dirait qu'elle a subi un événement qui a provoqué la formation de nombreuses étoiles avant de s'éteindre », a déclaré Daniel Weisz, de l'Université de Californie à Berkeley. « Cela est probablement dû à une collision avec une autre galaxie voisine ».

L'une des causes possibles de ce phénomène est la galaxie satellite compacte Messier 32, qui ressemble au noyau dépouillé d'une galaxie autrefois spirale qui aurait pu interagir avec Andromède dans le passé. Des simulations informatiques suggèrent que lorsqu'une rencontre rapprochée avec une autre galaxie utilise tout le gaz interstellaire disponible, la formation d'étoiles diminue.

« Andromède ressemble à une galaxie de type transitionnel, entre une galaxie spirale de formation d'étoiles et une sorte de galaxie elliptique dominée par des étoiles rouges vieillissantes », a déclaré Weisz. « Nous pouvons dire qu'elle possède un gros renflement central d'étoiles plus anciennes et un disque de formation d'étoiles qui n'est pas aussi actif qu'on pourrait le croire compte tenu de la masse de la galaxie ».

« Cet examen détaillé des étoiles résolues nous aidera à reconstituer l'histoire passée des fusions et des interactions de la galaxie », a ajouté Williams.

Les nouvelles découvertes du télescope Hubble viendront étayer les observations futures du télescope spatial James Webb de la NASA et du futur télescope spatial Nancy Grace Roman. Version grand angle du télescope Hubble (avec un miroir de même taille), le télescope Roman capturera l'équivalent d'au moins 100 images haute résolution du télescope Hubble en une seule exposition. Ces observations viendront compléter et étendre l'immense ensemble de données du télescope Hubble.

Plus d'informations : Zhuo Chen et al., PHAST. Le Trésor panchromatique Hubble Andromède Sud. I. Photométrie ultraviolette et optique de plus de 90 millions d'étoiles dans M31, The Astrophysical Journal (2025). DOI : 10.3847/1538-4357/ad7e2b

Fourni par le Centre d'information ESA/Hubble