Les recherches menées par l'Université de Tartu révèlent des distinctions plus profondes qu'on ne le pensait auparavant entre les groupes et amas de galaxies, identifiant deux classes uniques avec leurs propres processus de formation et d'évolution. Cette étude, centrée sur la toile cosmique, fait progresser notre connaissance de la dynamique des systèmes galactiques et de l’impact de leurs environnements.
Une croyance commune parmi les astronomes est que les groupes et amas de galaxies diffèrent principalement par le nombre de galaxies qu’ils contiennent : il y a moins de galaxies dans les groupes et davantage dans les amas. Dirigés par Maret Einasto, les astronomes de l'Observatoire de Tartu de l'Université de Tartu ont décidé d'examiner cette question et ont découvert encore plus de différences entre les groupes et les amas.
La structure de l'Univers peut être décrite comme un réseau géant, une toile cosmique, avec des chaînes (filaments) de galaxies uniques et de petits groupes de galaxies reliant de riches groupes de galaxies et des amas pouvant contenir des milliers de galaxies. Entre les systèmes galactiques, il existe des vides géants avec presque aucune matière visible (galaxies et gaz). Les groupes et amas de galaxies peuvent, à leur tour, former des systèmes encore plus grands appelés superamas.
Objectifs et méthodologie de l'étude
Dans leur étude, les astronomes de Tartu ont utilisé des données sur les groupes de galaxies, leurs galaxies les plus brillantes (appelées galaxies principales) et leur environnement. L'objectif était de combiner ces données pour voir si elles pouvaient fournir de nouvelles informations sur la classification possible de groupes de tailles différentes.
L’étude a montré que les groupes et amas de galaxies peuvent être divisés en deux classes ayant des propriétés très différentes. Les processus physiques qui influencent la formation et l'évolution des principales galaxies en groupes et amas diffèrent selon les groupes riches et pauvres.
Dans leurs travaux, les chercheurs ont décrit l’environnement des groupes de deux manières différentes. Premièrement, ils ont décrit la toile cosmique en termes de champ de densité général, les superamas étant les plus grandes régions à haute densité et les vides les régions à faible densité. Deuxièmement, ils ont calculé la distance depuis l’axe du filament le plus proche pour chaque groupe de galaxies. Cette distance indique si le groupe est dans un filament, proche ou éloigné des filaments.
Chaque cercle coloré représente un groupe ou un amas de galaxies. Les amas de galaxies les plus riches sont marqués en rouge ; ce sont les amas de galaxies les plus riches des superamas d'Hercule et du Lion. Les panneaux latéraux montrent les galaxies les plus brillantes de ces amas de la base de données numérique Sloan. Les cercles jaunes, verts et bleus représentent les groupes de galaxies du plus brillant au plus pâle. Crédit : Maret Einasto
Les chercheurs ont divisé les principales galaxies des groupes de galaxies en galaxies sans formation d'étoiles active (ces galaxies sont principalement rouges) et celles où la formation d'étoiles est actuellement active (les jeunes étoiles donnent à ces galaxies leur couleur bleue). Cependant, ils ont également découvert des galaxies formant des étoiles rouges parmi les principales galaxies des groupes.
Luminosité, emplacement et propriétés
En comparant les propriétés des galaxies principales dans des groupes de luminosité (ou richesse) différentes, il a été constaté que les groupes se répartissent en deux classes principales : les groupes et les amas à haute luminosité, dans lesquels presque toutes les galaxies principales sont des galaxies rouges ne formant pas d'étoiles. et des groupes pauvres à faible luminosité, qui peuvent avoir, outre ceux sans formation d'étoiles active, également des galaxies formant des étoiles bleues ou rouges comme galaxies principales.
Les différences entre les groupes et les grappes ne se limitent pas à la luminosité : chaque échantillon peut être divisé en deux sur la base d’une caractéristique. De plus, il a été constaté que les groupes et amas de galaxies à haute luminosité sont tous situés dans des filaments dans des régions à haute densité. Tous les amas les plus brillants et les plus riches sont situés dans les filaments des superamas. En revanche, des groupes de galaxies à faible luminosité et des galaxies uniques peuvent être trouvées partout dans la toile cosmique, y compris dans les régions à faible densité – dans les vides, situées dans des filaments clairsemés, ou même assez loin des filaments. Il est intéressant de noter que dans les superamas, la luminosité des groupes de galaxies pauvres comportant le même nombre de membres est beaucoup plus élevée que celle des superamas extérieurs.
L’étude a montré que les propriétés dynamiques des groupes riches dont les galaxies principales ne forment plus d’étoiles diffèrent également de celles des groupes dont les galaxies principales sont en formation d’étoiles active. Dans le premier cas, les galaxies principales sont pour la plupart situées au centre du groupe ou de l'amas, tandis que les galaxies principales formant des étoiles peuvent être assez éloignées du centre du groupe. Les astronomes ont découvert que la relation entre les dispersions de vitesse stellaire des galaxies principales et les dispersions de vitesse de groupe, connues lors d'études antérieures, ne se vérifie pas dans le cas d'amas très riches, en particulier dans les amas comportant des galaxies principales ne formant pas d'étoiles.
Décrire les propriétés de la structure de l'Univers et comment elles se forment et évoluent est l'une des tâches fondamentales de la cosmologie. Les résultats élargissent notre compréhension de la formation et de l’évolution des groupes et amas de galaxies et de leurs principales galaxies dans la toile cosmique. Les amas de galaxies riches ne peuvent se former que dans des régions où la densité globale de matière est suffisamment élevée et où il y a suffisamment de gaz nécessaire à la formation des étoiles. Dans de telles régions, les clusters riches peuvent être rejoints par d’autres groupes et clusters (tout aussi riches). Dans les régions à faible densité (les zones actuellement vides), seuls des groupes plutôt pauvres et assez éloignés les uns des autres peuvent se former et les fusions sont donc rares.
Les résultats de la recherche suggèrent également que les processus physiques influençant la formation et l’évolution des principales galaxies en groupes et amas sont différents selon les groupes riches et pauvres. L'évolution des galaxies uniques et des galaxies principales en petits groupes est principalement influencée par des processus dans et autour de leurs halos de matière noire ; l'impact d'autres galaxies et d'environnements plus éloignés (fusions de groupes de galaxies, etc.) est important principalement dans les amas riches. Notre étude a également souligné l’importance des superamas de galaxies en tant qu’environnement unique pour la formation et l’évolution des galaxies et des systèmes galactiques.
Dans la recherche sur les galaxies et les groupes de galaxies, la prochaine étape du groupe de travail consistera à utiliser les nouvelles données d'observation, y compris les données sur les galaxies très faibles. L'Observatoire de Tartu participe à un certain nombre de ces programmes d'observation.
Financement : Fondation Alfred P. Sloan, US National Science Foundation, US Department of Energy, National Aeronautics and Space Administration, Monbukagakusho japonais, Max Planck Society, Higher Education Funding Council for England, ICRAnet via une chaire pour Jaan Einasto, Vilho, Yrjö et Fondation Kalle Väisälä, Conseil estonien de la recherche
