Une galaxie voisine se transforme sous les yeux des astronomes

Le Petit Nuage de Magellan, ou SMC (Small Magellanic Cloud), est l’un des plus proches voisins galactiques de la Voie lactée – une petite galaxie riche en gaz visible à l’œil nu depuis l’hémisphère sud, liée à notre galaxie par la gravité, aux côtés de son compagnon, le Grand Nuage de Magellan (LMC). Les trois galaxies interagissent depuis des centaines de millions d’années. Le SMC est également l’une des galaxies les plus étudiées du ciel.  Les astronomes ont catalogué ses étoiles, cartographié son gaz et suivi ses mouvements depuis plus d’un demi-siècle. Pourtant, une question fondamentale demeurait. Les étoiles de la galaxie n’orbitaient pas autour de son centre comme le font les étoiles dans la plupart des galaxies, et il était difficile d’expliquer pourquoi. 

Dans une étude publiée dans The Astrophysical Journal, des astronomes de l’Université de l’Arizona ont attribué l’absence de rotation des étoiles à une collision directe entre le SMC et son plus grand compagnon, le Grand Nuage de Magellan (LMC). Ces résultats remettent également en question la manière dont les scientifiques utilisent le SMC comme point de référence pour comprendre les galaxies à travers l’histoire de l’univers. 

« Nous assistons à la transformation d’une galaxie en direct », explique Himansh Rathore, étudiant diplômé à l’observatoire Steward et auteur principal de l’article. « Le SMC nous offre une vue unique, au premier rang, d’un processus très transformateur qui est essentiel à l’évolution des galaxies. »

Le SMC contient plus de masse sous forme de gaz que d’étoiles. Le gaz se refroidit, se contracte sous l’effet de la gravité et s’installe dans un disque en rotation, le même processus qui a donné naissance au plan de rotation de notre système solaire. Mais lorsque les chercheurs, y compris ceux de l’Université de l’Arizona, ont mesuré le mouvement des étoiles du SMC à l’aide du télescope spatial Hubble et  du satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne, les étoiles du SMC n’orbitaient pas autour du centre de la galaxie comme le font les étoiles dans la plupart des galaxies. 

La raison possible, selon Rathore, est une collision. Il y a quelques centaines de millions d’années, le SMC a traversé directement le disque du LMC. La gravité du LMC a perturbé la structure interne du SMC et a envoyé ses étoiles dans un mouvement aléatoire et désordonné. De plus, le gaz du LMC a exercé une pression énorme sur le gaz du SMC et a détruit sa rotation.

« Imaginez que vous saupoudrez des gouttelettes d’eau sur votre main et que vous la déplacez dans l’air – lorsque l’air passe rapidement, les gouttelettes sont soufflées en raison de la pression exercée. Quelque chose de similaire est arrivé au gaz du SMC lorsqu’il a traversé le LMC », explique Rathore. 

La collision explique une énigme vieille de plusieurs décennies concernant le gaz du SMC, souligne Gurtina Besla, professeure d’astronomie à l’observatoire Steward et auteure principale de l’étude. Pendant des décennies, les observations télescopiques suggéraient que le gaz à l’intérieur du SMC tournait. Mais les étoiles se forment à partir du gaz et héritent de son mouvement, ce qui signifie que si le gaz tournait, les étoiles devraient normalement en faire de même. Mais les chercheurs montrent maintenant que la rotation était une illusion d’angle de vue – la collision étire le SMC, et le gaz se déplaçant vers et loin de la Terre le long de cet étirement ressemble à une rotation sous certains angles. 

Pendant des décennies, le SMC a servi de référence pour comprendre comment les galaxies forment des étoiles et évoluent au fil du temps cosmique, un statut que cette étude remet désormais en question. 

« Le SMC a subi un crash catastrophique qui a injecté beaucoup d’énergie dans le système. Ce n’est en aucun cas une galaxie « normale ». », affirme Besla. 

L’équipe a utilisé des simulations informatiques adaptées pour correspondre aux propriétés connues du SMC et du LMC – leur contenu en gaz, leur masse stellaire totale et leurs positions relatives par rapport à la Voie lactée. Ils ont jumelé les simulations avec des calculs théoriques sur la façon dont le gaz du SMC a été affecté lorsqu’il a traversé l’environnement gazeux dense du LMC lors de la collision. Ils ont également développé de nouvelles méthodes pour lire les mouvements stellaires désordonnés dans une galaxie post-collision, des outils qui peuvent maintenant être utilisés pour interpréter correctement ce que les télescopes mesurent réellement dans le SMC. 

Cela compte parce que le SMC est petit, riche en gaz et pauvre en éléments lourds, des propriétés qui en ont fait une référence standard pour les types de galaxies qui existaient au début de l’univers. Une galaxie encore secouée par une collision pourrait ne pas être un point de référence fiable, explique Besla. 

Une autre étude publiée par l’équipe en 2025 a montré que la collision a également laissé une marque physique sur le LMC qui pourrait aider les scientifiques à sonder la matière noire. Le LMC a une structure en forme de barre en son centre, et cette barre est inclinée hors du plan de la galaxie en raison de la collision. Rathore, auteur principal de l’étude de 2025, a déclaré que le degré d’inclinaison est lié à la quantité de matière noire que contient le SMC, offrant aux chercheurs une nouvelle façon de mesurer une substance qui n’a jamais été directement détectée, seulement déduite de ses effets gravitationnels. 

« Nous avons l’habitude de considérer l’astronomie comme un instantané dans le temps », note Rathore. « Mais ces deux galaxies se sont rapprochées, sont passées l’une à travers l’autre et se sont transformées en quelque chose de différent. »

Article : A Galactic Transformation—Understanding the SMC’s Structural and Kinematic Disequilibrium – Journal : The Astrophysical Journal – Méthode : Computational simulation/modeling – DOI : Lien vers l’étude

Source : Arizona U.