Une étape de la formation de la Voie lactée : le disque épais

En analysant des grands relevés d’étoiles observées dans le visible et l’infrarouge, couvrant une très large partie du ciel, ils ont comparé différents modèles avec les propriétés des étoiles observées (luminosité, couleur et distribution spatiale). Ils ont pu montrer l’importance d’une étape de la formation de la galaxie il y a environ 10 à 12 milliards d’années. Cette époque correspond à l’étape cruciale entre la formation du halo et celle du disque mince.

Les halos des galaxies se forment dans les grandes structures de l’univers. Ils sont constitués au départ du gaz primordial (hydrogène et quelques éléments légers) et de matière noire. Le gaz a tendance à s’effondrer sur lui même sous l’effet de la force de gravitation. Il peut commencer à former des étoiles, en particulier dans les amas globulaires, très gros amas contenant des centaines de milliers d’étoiles, et dans des petites galaxies naines. Sous l’effet de la gravitation, le gaz se met à tourner plus vite tout en s’effondrant sous la forme d’un disque mince.

La turbulence dans le gaz freine cependant son effondrement. De nombreuses étoiles peuvent alors se former dans un disque dit « épais ». Cette étape est connue depuis quelques années, mais pas de façon précise. Les nouvelles mesures publiées dans le journal Astronomy and Astrophysics montrent que, pendant cette étape, la turbulence a contrecarré la force de gravitation pour éviter l'effondrement trop rapide du gaz. De nombreuses étoiles se sont ainsi formées pendant plusieurs milliards d’années dans le disque épais. De plus, les premières étoiles forment un disque plus étendu que les dernières étoiles, montrant ainsi la contraction. Tout est une question de compensation entre la gravitation qui tend à concentrer le gaz, et la turbulence qui, au contraire, le disperse. La turbulence est d’autant plus grande que le gaz est chaud.

Les étoiles formées participent à maintenir la turbulence dans le gaz grâce aux explosions de supernovas. Si la formation stellaire se ralentit, le gaz va se refroidir plus vite et la turbulence diminuer. À l’étape suivante, le gaz s’étant finalement refroidi s’effondre dans un disque mince dans lequel de nouvelles étoiles se forment depuis 9 à 10 milliards d’années. Notre Soleil est ainsi né dans le disque il y a 5 milliards d’années.

Explications en animation, par Annie Robin de l'institut UTINAM.