Jusqu’où une galaxie peut-elle grandir ? Les astronomes passent des décennies à tenter de répondre à cette question, et une nouvelle étude d’IC 1101, l’elliptique géante au cœur de l’amas Abell 2029, repousse la limite supérieure connue plus loin que jamais.
En utilisant les images les plus profondes jamais prises de cette galaxie, obtenues avec la caméra grand champ du télescope Isaac Newton (INT/WFC) au Chili, une équipe dirigée par Carlos Marrero-de la Rosa et Ignacio Trujillo confirme que le corps principal d’IC 1101 s’étend jusqu’à un rayon limite de 260 kiloparsecs (848 000 années-lumière) le long de son demi-grand axe. Cela lui confère un diamètre confirmé d’environ 520 kiloparsecs, soit environ 1,7 million d’années-lumière. À titre de comparaison, le disque stellaire de la Voie lactée s’étend sur environ 100 000 années-lumière.
L’étude, acceptée pour publication dans Astronomy & Astrophysics, atteint une profondeur de brillance de surface de 30 magnitudes par seconde d’arc carrée, suffisamment profonde pour détecter les extrémités extérieures les plus faibles de la galaxie. À ce niveau, l’équipe utilise une modélisation avancée de la fonction d’étalement du point et une technique hybride de déconvolution par ondelettes pour soustraire la lumière diffusée des étoiles et de la galaxie elle-même, révélant ainsi le véritable bord.
À l’extrémité supérieure de la relation masse-taille
IC 1101 renferme environ 3,4 billions de masses solaires en étoiles, la plaçant à l’extrémité supérieure de la relation masse-taille des galaxies. Le rayon limite de 260 kpc figure parmi les plus grands jamais mesurés pour une galaxie, confirmant IC 1101 comme la galaxie la plus étendue connue.
Mais la galaxie n’est pas un vestige statique. Les images ultra-profondes révèlent un grand nombre de caractéristiques asymétriques de très faible brillance de surface autour des périphéries de la galaxie. Ces caractéristiques sont corrélées spatialement avec des perturbations du milieu intra-amas d’Abell 2029 précédemment observées dans des études aux rayons X, suggérant qu’IC 1101 accrète activement du matériel depuis son environnement.
« Les périphéries montrent des signatures claires d’assemblage de masse en cours, indiquant que son étendue spatiale continue de croître », rapportent les auteurs. Cela signifie que même à sa taille déjà record, IC 1101 n’a pas encore atteint sa forme finale.
Une galaxie cD au cœur d’un amas
IC 1101 est classée comme une galaxie cD, un type d’elliptique supergéante que l’on trouve au centre des riches amas de galaxies. Ces galaxies se développent en cannibalisant les galaxies plus petites qui tombent dans l’amas et en accrétant le gaz intra-amas. L’amas Abell 2029, situé à environ 1,15 milliard d’années-lumière dans la constellation de la Vierge, offre un riche terrain d’alimentation.
La galaxie abrite également l’un des plus grands trous noirs supermassifs jamais découverts, avec une masse estimée entre 50 et 70 milliards de masses solaires, et possède le plus grand noyau diffus de toutes les galaxies connues. Les propriétés du noyau suggèrent que la fusion des trous noirs centraux lors de la formation de la galaxie a pu éjecter des étoiles hors de la région centrale, créant le déficit de masse stellaire observé.
La question d’une limite supérieure
L’étude apporte une contrainte observationnelle à l’une des questions fondamentales ouvertes en astrophysique : existe-t-il une taille maximale que les galaxies ne peuvent pas dépasser ? L’existence d’IC 1101 à 520 kpc, toujours en croissance active, suggère que la limite supérieure pourrait être plus élevée qu’on ne le pensait auparavant. La dynamique gravitationnelle, l’approvisionnement en gaz et l’environnement de l’amas jouent tous un rôle dans la détermination de l’étendue ultime d’une galaxie, mais IC 1101 indique que la nature peut construire des structures bien plus grandes que la Voie lactée.
La question de savoir si des galaxies encore plus grandes attendent d’être découvertes, peut-être dans des amas plus riches qu’Abell 2029, reste ouverte. Pour l’instant, IC 1101 détient le record, et elle n’a pas fini de grandir.
Traduit par Lydie