Les astronomes repèrent une fusion sextuple de galaxies extrêmement rare
Image à la une : [Image composite rayons X/optique de l’amas de galaxies WHY J0501+01 montrant la fusion sextuple et la lumière intra-amas ; crédit : Z.L. Wen et al., Académie chinoise des sciences / Einstein Probe]
Une équipe d’astronomes dirigée par Z.L. Wen de l’Académie chinoise des sciences a identifié un événement extraordinairement rare dans l’univers proche : six galaxies massives prises en pleine fusion pour former une seule galaxie supermassive. Cette découverte, acceptée pour publication dans Astronomy & Astrophysics, offre un instantané sans précédent de la façon dont les plus grandes galaxies du cosmos se forment.
La cible est l’amas de galaxies WHY J050106.2+013714, abrégé WHY J0501+01, situé à un décalage vers le rouge de 0,151, soit environ 2 milliards d’années-lumière de la Terre. Si les fusions de galaxies sont courantes en astronomie, une fusion sextuple de cette envergure est exceptionnelle. Une recherche systématique de 52 803 amas de galaxies issues des DESI Legacy Imaging Surveys a révélé que seul cet amas contient plus de quatre galaxies en fusion. Seulement 12 fusions quadruples et 2 233 fusions binaires ont été identifiées dans le même échantillon.
Les six galaxies en fusion ne sont pas de petite taille : cinq d’entre elles abritent chacune plus de 100 milliards d’étoiles, avec des masses stellaires individuelles dépassant 10^11 masses solaires. Une sixième galaxie, légèrement plus petite, participe également. Ensemble, elles possèdent une masse stellaire totale de 1,16 x 10^12 masses solaires, soit environ 2,6 écarts types au-dessus de ce que prédisent les relations d’échelle typiques pour de tels amas. Une fois la fusion achevée au cours des 800 millions à 1,9 milliard d’années à venir, le résultat sera l’une des plus grandes galaxies connues de l’univers.
L’équipe a utilisé les observations du télescope à rayons X de suivi (EP-FXT) de l’Einstein Probe pour étudier la dynamique des gaz de l’amas. Les données rayons X révèlent un amas dynamiquement jeune et perturbé, avec une température moyenne du gaz de 2,8 kiloelectronvolts et une luminosité totale en rayons X de 9,4 x 10^43 ergs par seconde. Ces valeurs correspondent aux relations d’échelle typiques des amas perturbés.
Les observations rayons X montrent également des preuves d’interactions gravitationnelles violentes : des oscillations de plasma ultra-chaud et une queue de gaz probablement éjectée par la collision en cours. Les galaxies elles-mêmes sont décrites comme « non relaxées », un terme technique désignant des systèmes subissant des interactions gravitationnelles catastrophiques.
Autour des galaxies en fusion, les astronomes ont détecté un linceul bien défini de lumière intra-amas (ICL) s’étendant sur 310 kiloparsecs (environ 1 million d’années-lumière). Cette lueur fantomatique provient d’étoiles arrachées à leurs galaxies hôtes par les immenses forces de marée de la fusion. Sa détection a nécessité de soustraire soigneusement la lumière des galaxies elles-mêmes.
L’amas initial a été identifié pour la première fois en 2018 à l’aide de relevés du ciel entier (Two Micron All Sky Survey, WISE et SuperCOSMOS). Des travaux de suivi avec les DESI Legacy Imaging Surveys, utilisant les télescopes Mayall, Bok et Blanco en Arizona et au Chili, ont résolu la structure de fusion sextuple qui était cachée dans des données plus grossières.
Cette découverte alimente directement un débat de longue date en astronomie : les galaxies les plus brillantes des amas (BCG), les galaxies les plus lumineuses au centre des amas de galaxies, croissent-elles principalement par des fusions mineures fréquentes avec de petites galaxies, ou par des fusions majeures rares mais spectaculaires ? Le système WHY J0501+01 plaide fortement en faveur du scénario de fusion majeure, offrant un exemple clair d’assemblage hiérarchique à son plus spectaculaire.
Cette découverte offre également aux astronomes une rare opportunité d’observer la formation des structures cosmiques en temps réel. La plupart des BCG de l’univers local sont déjà entièrement assemblées, leur histoire de fusion étant achevée depuis longtemps. WHY J0501+01 offre une fenêtre sur un processus que la plupart des amas de galaxies ont achevé il y a des milliards d’années.
L’article, « A rare sextuple-merging brightest cluster galaxy system in a disturbed galaxy cluster observed with the Einstein Probe Follow-up X-ray Telescope », est disponible en prépublication sur arXiv (2606.17700) et a été accepté pour publication dans Astronomy & Astrophysics.
Traduit par Lydie