Des outils pour comprendre l’évolution des fusions galactiques
Les galaxies sont les plus grands objets gravitationnellement liés de l’univers. Il s’agit d’énormes îlots regroupant jusqu’à des centaines de milliards d’étoiles, accompagnés d’immenses nuages de gaz et de poussière et, probablement, d’une masse encore plus importante de matière noire. Elles présentent un large éventail de propriétés en termes de taille, de forme, de population d’étoiles et de structure interne. «La question de savoir comment ces galaxies se sont retrouvées dans cet état vient à l’esprit», explique Ivana Ebrova, collaboratrice du projet GalaxyMergers(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) à l’Institut de physique de l’Académie tchèque des sciences(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «Il s’avère que l’évolution des galaxies s’est poursuivie pendant la majeure partie de l’âge de l’univers. Comprendre les galaxies aujourd’hui, c’est donc comprendre leur histoire et celle de l’univers dans son ensemble.»
Comprendre le processus de fusion des galaxies
Soutenue par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), Ivana Ebrova souhaitait mieux comprendre le processus de fusion des galaxies en tant qu’élément critique de l’évolution cosmique. Les fusions de galaxies sont des processus lents, qui s’étendent sur des millions d’années. Les informations relatives à l’histoire des fusions doivent donc être indirectement déduites du présent. «Heureusement, une grande partie des galaxies elliptiques et lenticulaires (en forme de lentille) présentent un type unique de structure fine, connue sous le nom de coquilles stellaires», ajoute Ivana Ebrova. «Elles sont créées lors des fusions et peuvent être utilisées pour dater la dernière fusion importante subie par la galaxie.»
Détecter, mesurer et modéliser la coquille
Dans le cadre du projet GalaxyMergers, Ivana Ebrova s’est appuyée sur des méthodes existantes pour extraire ces informations des galaxies individuelles. «L’objectif du projet était d’étendre l’applicabilité de ces méthodes à des échantillons beaucoup plus importants», explique-t-elle. «À cette fin, nous avons mis au point de nouveaux outils pour identifier et analyser les galaxies à coquilles dans les images des grands relevés du ciel, afin d’obtenir automatiquement les estimations des temps de fusion.» Des outils de visualisation ont été développés pour permettre des inspections visuelles rapides des galaxies en générant des images composites à plusieurs échelles. Cette démarche facilite l’identification simultanée des coquilles dans les parties internes et externes de la galaxie. Un algorithme de modélisation de l’évolution des coquilles a été conçu et validé en utilisant des galaxies à coquilles produites dans des simulations cosmologiques. Ces outils, destinés à détecter et mesurer la coquille, à déterminer le potentiel gravitationnel de la galaxie hôte et à modéliser l’évolution de la coquille, ont depuis été mis à la disposition du public(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) sous la forme de logiciels libres.
Les galaxies à coquilles comme points de référence
Le projet GalaxyMergers a permis de transformer les galaxies à coquilles d’objets de curiosité en points de référence utiles. Des données sur des centaines de galaxies à coquilles peuvent être trouvées dans les études existantes, et elles pourraient s’étendre à des milliers de galaxies grâce au projet Large Survey of Space and Time (LSST) de l’observatoire Vera C Rubin qui sera mis en ligne. «Avant le projet, les scientifiques utilisaient différents outils à usage unique, qui nécessitaient une quantité importante de données gérées manuellement», note Ivana Ebrova. «Notre chaîne d’outils intégrée offre un flux de travail rapide et efficace. Cette automatisation sera nécessaire pour traiter les énormes quantités de données qui seront bientôt générées par le projet LSST.» Le projet a également produit et mis à disposition des catalogues de données traitées. «Par exemple, nous avons compilé un échantillon pilote de 11 galaxies rotatives prolates abritant des coquilles (une classe spéciale de galaxies particulièrement intéressantes du point de vue de l’évolution stellaire), auxquelles nous avons appliqué notre processus de datation des fusions», explique Ivana Ebrova. «Il s’agit d’un premier exemple de l’impact potentiel de ce projet.»
