La date de notre galaxie avec destruction

La Voie lactée est sur une trajectoire de collision avec sa voisine, la galaxie d'Andromède. À quoi ressemblera le ciel nocturne après l'accident?

Par Abraham Loeb , Thomas Cox  | Publication: mardi 29 octobre 2019

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DES MILLIARDS D'ANNÉES À PARTIR DE MAINTENANT, le ciel nocturne brillera d'étoiles, de poussière et de gaz provenant de deux galaxies: la Voie lactée, dans laquelle nous vivons, et la galaxie d'Andromède (M31).

Lynette Cook pour l'astronomie

Notre galaxie, la Voie lactée, et son grand voisin le plus proche, la galaxie d'Andromède (M31), sont sur une trajectoire de collision. Des milliards d'années à partir de maintenant, la fusion transformera la structure des deux galaxies et créera un nouvel arrangement d'étoiles que nous avons surnommé Milkomeda («milk-AHM-mee-da»). La fusion transformera radicalement le ciel nocturne. Mais dans quoi?

Actuellement, le mince disque d'étoiles et de gaz de la Voie lactée apparaît comme une bande nébuleuse se cambrant à travers le ciel d'été. Alors qu'Andromède broute la Voie lactée, une deuxième rangée d'étoiles rejoindra celle qui orne actuellement le ciel nocturne. Après la fusion finale, les étoiles ne seront plus confinées à deux voies étroites, mais se disperseront à travers le ciel entier.

Dans nos recherches, nous avons exploré le sort de la Voie lactée en simulant la naissance de Milkomeda dans un supercalculateur. Les simulations sont à un niveau de détail suffisant pour en apprendre beaucoup sur la fusion à venir et comment elle changera notre perspective sur l'univers. Bien que nous ne soyons pas ici pour assister à l'événement - ni pour prendre la responsabilité de l'exactitude de nos prévisions - il s'agit de la première recherche de notre carrière qui a une chance d'être citée dans 5 milliards d'années.

LA GALAXIE ANDROMEDA (M31) est une spirale typique d'étoiles, de poussière et de gaz. Les galaxies spirales dominent le ciel nocturne dans l'univers local. Au moins 14 galaxies satellites accompagnent Andromède, dont les deux visibles sur cette image: M32 (au-dessus d'Andromède) et NGC 205 (ci-dessous). Andromède et la Voie lactée sont les plus grands membres du Groupe local de galaxies.

Tony et Daphne Hallas

Le groupe local

L'immensité du ciel nocturne pourrait suggérer que la Voie lactée réside dans une partie relativement éloignée de l'univers. Mais les astronomes savent que la Voie lactée est l'un des deux plus grands membres du Groupe local de galaxies. L'autre est la galaxie d'Andromède, distante de près de 2,5 millions d'années-lumière mais visible à l'œil nu dans le ciel nordique dans des conditions sombres. Les autres membres du groupe local comprennent une multitude de galaxies satellites beaucoup plus petites.

Un groupe de galaxies contient deux ou plusieurs membres massifs relativement proches. La compacité des galaxies qui forment des groupes suggère qu'elles sont liées par gravitation et couplées dynamiquement les unes aux autres. Cela signifie simplement que les galaxies s'attirent gravitationnellement, donc un changement dans l'une affecte les caractéristiques de l'autre.

La preuve de la connexion dynamique entre la voie lactée et les galaxies d'Andromède vient de leurs mouvements relatifs. Les galaxies se rapprochent les unes des autres à près de 268 400 mph (432 000 kilomètres par heure). Nous le savons parce que la lumière d'Andromède est décalée vers le bleu - déplacée vers l'extrémité bleue du spectre - par l'effet Doppler. En revanche, la plupart des galaxies de l'univers s'éloignent de la Voie lactée.

Le timing est tout

Il y a près de 60 ans, l'astrophysicien Franz Kahn et l'astronome Lodewijk Woltjer ont été les pionniers de «l'argument du timing». Cette hypothèse a soutenu que la Voie lactée et Andromède se sont formées l'une à côté de l'autre, au cours des premiers stades denses de l'univers.

DE LA TERRE, nous voyons la voie lactée du point de vue d'un initié. Selon la période de l'année, un observateur terrestre peut voir trois ou quatre des bras en spirale de notre galaxie.

John Chumack

Par la suite, l'expansion générale de l'univers a séparé les deux voisins galactiques. Plus tard, la Voie lactée et Andromède ont inversé leurs trajectoires vers l'extérieur en raison de l'attraction gravitationnelle mutuelle. Depuis lors, ils ont réalisé une orbite presque complète l'un autour de l'autre.

L'argument temporel, combiné avec des estimations des vitesses relatives des galaxies et d'autres facteurs, indique que le groupe local contient environ 3 billions de fois la masse du Soleil. Il suggère également que la Voie lactée et Andromède feront un passage serré dans environ 4 milliards d'années.
Kahn et Woltjer ont inspiré une génération d'études qui ont encore limité la masse du groupe local et révélé d'importantes caractéristiques de l'orbite d'Andromède, telles que son énergie totale de mouvement.

Mais l'argument du timing n'a pas la capacité de suivre la dynamique complexe qui accompagne la fusion des galaxies étendues. Par conséquent, il ne peut pas prédire l'arrangement futur du groupe local. Pour des processus aussi complexes que les fusions de galaxies, les astronomes ont besoin d'outils plus puissants.
 

Simuler le groupe local

Les simulations numériques sont indispensables pour comprendre des processus trop complexes à résoudre avec un stylo et du papier. Dans les fusions galactiques, par exemple, la gravité simple façonne la galaxie fusionnée. Mais le grand nombre d'atomes interagissant avec le temps rend difficile ou impossible de simuler la fusion sans l'aide d'une puissance informatique massive.

Pour simuler l'évolution du groupe local, nous créons d'abord un modèle mathématique décrivant son état actuel. C'est simple pour la Voie lactée et Andromède. Plusieurs décennies d'observations nous permettent d'estimer la quantité de gaz, d'étoiles et d'autres matières que contiennent les galaxies. Nous pouvons déterminer une estimation de masse plausible pour la Voie lactée et Andromède bien au-delà de la partie intérieure visible de chaque galaxie.

Cependant, la masse combinée de la Voie lactée et d'Andromède est encore inférieure à presque tous les nombres des équations de l'argument temporel. Cela implique qu'il y a une masse supplémentaire dans le groupe local.

La masse manquante s'avère être le «milieu intergalactique» diffus des atomes, du gaz et de la poussière entre les galaxies. Les galaxies ne sont que les pics visibles d'icebergs massifs de matière. Une grande partie de la masse n'est pas facilement visible, tout comme la majeure partie de la masse d'un iceberg se trouve sous la surface de l'eau

Quand les galaxies entrent en collision

Les simulations à grande échelle nécessitent généralement deux semaines de calcul des nombres. Ce calcul demande une puissance équivalente à celle de 16 ordinateurs de bureau hautes performances.

Depuis les premiers jours de l'astronomie, la fusion des galaxies est restée une curiosité en raison de leurs formes complexes et irrégulières. Mais les astronomes apprécient maintenant que les fusions conduisent de manière significative à l'évolution des galaxies. Les fusions déclenchent des éclats de formation d'étoiles, donnent naissance à des noyaux galactiques brillants (quasars) et transforment des galaxies spirales en forme de moulinet en galaxies sphéroïdales ou elliptiques.

L'une des caractéristiques distinctives des interactions des galaxies est l'apparition de longs flux d'étoiles et de gaz qui s'étendent à partir d'une ou des deux galaxies participantes. Nous appelons communément ces caractéristiques les queues de marée.

Les queues de marée se développent en raison des puissantes forces gravitationnelles à l'œuvre entre les galaxies qui fusionnent. Au fur et à mesure que les queues se forment, elles arrachent les étoiles et les gaz de leurs galaxies d'origine et les jettent dans l'espace intergalactique.

À mesure que le groupe local évolue, la Voie lactée et Andromède commenceront à avoir un impact dynamique l'un sur l'autre en raison de leur gravitation mutuelle. En conséquence, il est possible que le Soleil et les planètes soient entraînés dans une queue de marée. Pendant cette période, un observateur aurait l'un des points de vue les plus spectaculaires imaginables. Les lambeaux déchirés de la Voie lactée rempliront une grande partie du ciel nocturne alors que notre galaxie expérimente sa danse gravitationnelle avec Andromède.

La beauté de la fusion des galaxies se démarque dans cette simulation d'un modèle possible de la collision Voie lactée-Andromède par l'astronome John Dubinski. La simulation révèle une structure plus détaillée que les images de Cox et Loeb car elle comprend plus de 300 millions de particules de matière en interaction.

John Dubinski

Parce que seule une petite fraction de la masse d'une galaxie se retrouve dans les queues de marée, il est plus probable que le Soleil opte pour une chevauchée beaucoup moins dramatique. La plupart des étoiles dans les galaxies fusionnées restent relativement proches de leurs galaxies hôtes. La probabilité que le Soleil soit banni des boondocks à queue de marée est relativement faible, d'après nos simulations informatiques.
 

Changement de fortune

Le Soleil a fait le tour de la Voie lactée plus de 20 fois depuis sa naissance. Pendant la fusion, l'orbite paisible de notre star d'origine changera pour toujours. Sa nouvelle trajectoire sera beaucoup plus chaotique en raison des fluctuations rapides de gravité induites par la fusion. Qu'est-ce que cela signifierait pour la Terre et ses habitants?

Nos recherches suggèrent que la Voie lactée et Andromède commenceront à interagir fortement dans environ 2 milliards d'années. La fusion se terminera dans environ 5 milliards d'années. Cette dernière date est particulièrement notable car elle coïncide avec la durée de vie restante du Soleil. Actuellement, notre Soleil est à mi-chemin de sa durée de vie prévue et finira par commencer à se développer. Ce faisant, notre star domestique consommera tout son hydrogène disponible et deviendra une géante rouge d'ici 5 milliards d'années. En bref, le Soleil sera en proie à la mort le jour de l'anniversaire de Milkomeda.

LA FUSION DES SPIRALES produit souvent un nouveau type de galaxie sphérique appelé elliptique. La galaxie elliptique au-dessus, M32, est l'une des 14 galaxies satellites connues d'Andromède. La plupart des galaxies du groupe local sont de petits satellites.

Wolfgang Promper

La scène géante rouge du Soleil rendra la vie sur Terre plutôt inconfortable. En effet, cela signifiera la fin de la vie telle que nous la connaissons. Cependant, cela n'exclut pas la possibilité de colonisation de planètes habitables autour des étoiles proches. Ainsi, il est possible que les futurs astronomes puissent voir une partie, sinon la totalité, de l'évolution du groupe local que nous avons simulée.

Bien que la Voie lactée et Andromède fusionnent, les étoiles des deux galaxies, comme notre Soleil, ne se heurteront pas physiquement. La raison en est les distances extrêmement grandes entre les étoiles individuelles dans les galaxies. Par exemple, si le Soleil avait la taille d'une balle de ping-pong, l'étoile la plus proche (Proxima Centauri) aurait la taille d'un pois et serait à près de 715 milles (1 150 km).
 

Notre dernier lieu de repos

L'orbite du Soleil suivra un chemin chaotique jusqu'à la conclusion de la fusion. Ensuite, le système se détendra et se développera. Le Soleil résidera à l'intérieur d'une nouvelle galaxie: Milkomeda. Il sera très différent de ses deux ancêtres.

La Voie lactée et Andromède sont des galaxies spirales. Cela signifie que la plupart de leurs milliards d'étoiles se concentrent dans un disque et se déplacent sur des orbites presque circulaires autour du centre galactique. En revanche, Milkomeda sera de forme presque sphérique et d'apparence beaucoup plus lisse que n'importe quelle galaxie spirale.

De plus, les étoiles de Milkomeda suivront des orbites plus complexes. Ils passeront de brèves périodes près du centre galactique dense, mais orbiteront beaucoup plus loin la plupart du temps.

La forme sphéroïdale de Milkomeda n'est pas inhabituelle. En fait, il caractérise une classe majeure d'objets appelés galaxies elliptiques. Ces galaxies contiennent généralement des étoiles relativement anciennes. Vraisemblablement, beaucoup de ces galaxies dans l'univers actuel se sont formées par des fusions entre disques galactiques, dans lesquelles les étoiles s'étaient formées à des époques cosmiques antérieures.

Le sort probable du Soleil sera de passer une grande partie de son temps plus près de la périphérie de la galaxie. La fusion redistribuera l'élan orbital (énergie) des anciennes galaxies de la Voie lactée et d'Andromède parmi les milliards de soleils individuels de Milkomeda. Parce que les étoiles prendront de l'ampleur au cours de la fusion, elles orbiteront autour du centre de Milkomeda à une distance moyenne plus grande.

Le sort du groupe local

Les astronomes ont découvert que notre univers se développe à un rythme toujours plus rapide, augmentant la distance entre les galaxies si rapidement que, finalement, la lumière elle-même ne pourra pas suivre le rythme. Cent milliards d'années après la fusion, Milkomeda représentera tout notre univers visible.

Dans les dizaines de milliards d'années à venir, l'expansion accélérée de l'espace lui-même éloignera de plus en plus toutes les galaxies lointaines. Une fois que le taux de récession d'une galaxie éloignée dépasse la vitesse de la lumière par rapport à nous, sa lumière ne pourra pas traverser l'écart toujours plus grand.

À ce stade, nous ne pourrons plus voir ces galaxies. Ils clignoteront progressivement hors de portée des télescopes les plus puissants. Les astronomes ne pourront plus regarder dans le ciel et étudier des galaxies lointaines pour en savoir plus sur la nôtre.

Cependant, le prélude à ce sombre destin final serait plein de plaisir. Au cours des 5 milliards d'années à venir, les astronomes assisteront aux feux d'artifice stellaires dans l'un des plus grands spectacles de tous les temps: la transformation de la Voie lactée et de la galaxie d'Andromède en Milkomeda. Alors asseyez-vous et attendez que le spectacle commence.

Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://www.astronomy.com/magazine/2019/10/our-galaxys-date-with-destruction?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR26WZj1RpfRlFLS64F4-HTWSl7siYxr3ycuv0JZzMWmSwwQhVDBLfjnea4