Par le biais de la simulation informatique menée au CEA/Irfu, la théorie de formation des galaxies elliptiques selon laquelle ces dernières seraient le résultat de la fusion de deux galaxies spirales (processus également à l’origine des amas globulaires qui les entourent) est consolidée. Ces travaux, menés par une équipe d’astrophysiciens français du laboratoire Astrophysique interactions multi-échelles (CNRS, CEA, Université Paris 7) et du CRAL/Observatoire de Lyon*, ont été réalisés avec le supercalculateur vectoriel NEC-SX8R du Centre de Calcul Recherche et Technologie (CCRT), implanté sur le site du CEA de Bruyères-le-Châtel. Ils font l’objet d’une publication dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Les collisions entre galaxies jouent un rôle important dans leur évolution puisqu’elles peuvent les amener à fusionner. L’hypothèse affirmant que la rencontre de deux galaxies spirales peut donner naissance à une grosse galaxie elliptique prévoit, en outre, l’apparition de très fortes perturbations gravitationnelles. Celles-ci produisent des ondes de marée**  qui compriment le gaz et la poussière et déclenchent la formation d’étoiles. Si ces dernières s’organisent très souvent en groupes appelés amas ouverts qui vont ensuite lentement se dissocier, se forment également les structures nommées amas globulaires.

La simulation de la collision de deux galaxies spirales réalisée par les astrophysiciens du CEA et du CNRS aboutit bien à la formation d’une galaxie elliptique ainsi que d’amas globulaires. Elle reproduit ainsi parfaitement ce qui a pu être observé. C’est le cas notamment avec NGC7252, galaxie elliptique qui s’est formée suite à la fusion de deux galaxies spirales, et qui est entourée non seulement de débris de matière engendrés par les effets de marée, mais également de nombreux amas globulaires.

La simulation, dont la résolution est la plus haute jamais atteinte pour une collision entre deux galaxies, modélise les étoiles, le gaz interstellaire, et la "matière noire" à l’aide de 36 millions de "particules numériques"***. Cette très haute définition permet, pour la première fois, de reproduire directement la formation des amas d’étoiles avec une très grande précision. En effet, la masse de certains des amas observés dans cette simulation représente moins d’un millionième de la masse totale des galaxies initiales.

Une cinquantaine d’heures de calculs sur le supercalculateur vectoriel NEC-SX8R du CCRT a été nécessaire à la réalisation de cette simulation. Sans un tel supercalculateur, il aurait fallu disposer de trente ordinateurs de bureau pour pouvoir stocker tous les paramètres physiques de la simulation, et le calcul aurait duré près de deux ans.


Simulation numérique du résultat de la collision/fusion de deux galaxies spirales : la galaxie elliptique sphéroïdale, au centre, est entourée d’un grand nombre d’amas globulaires denses et compacts. (Crédit F. Bournaud – CEA/Irfu/CCRT)


La galaxie elliptique NGC7252 vue à travers les télescopes de l’ESO : le résultat de la collision de deux galaxies spirales est une galaxie elliptique semblable à celle de la simulation – en particulier en considérant le grand nombre d’amas globulaires qui l’entoure (Crédit: P.-A. Duc/ESO)

A propos des galaxies spirales et elliptiques

Les galaxies spirales sont constituées d’un disque de gaz, poussière et étoiles avec au centre un noyau, le tout étant entouré d’un halo diffus. Les bras spiraux présents dans le disque sont les lieux privilégiés de formation stellaire.
Les galaxies elliptiques sont des sphéroïdes contenant principalement des étoiles avec peu de gaz interstellaire.
Les amas globulaires, quant à eux, peuvent contenir jusqu’à plusieurs millions d’étoiles liées gravitationnellement.


Pour en savoir plus

• Le site internet du Service d'astrophysique du CEA

Référence de l’article :
High-resolution simulations of galaxy mergers: resolving globular cluster formation
Bournaud, F.; Duc, P.-A.; Emsellem, E.
2008, MNRAS 389, 8



*Centre de recherche astronomique de Lyon (CNRS, Université Lyon 1, Ecole normale supérieure de Lyon).
**L’interaction mutuelle entre deux galaxies conduit à des phénomènes de marée, qui déforment chaque galaxie mise en jeu, comme le système terre-lune mais dans des proportions bien plus gigantesques.
***Les “particules numériques” modélisent, dans la mémoire d’un ordinateur, les étoiles, les nuages de gaz, et la matière noire des galaxies: chaque particule représente une certaine masse, une position et une vitesse dans le volume simulé sur le calculateur.


Communiqué commun CEA/CNRS