Archives pour avril 2016

Fusion majeure de deux galaxies spirales : Destruction et reconstruction des disques galactiques

15 avril 2016 by osuadmin

Un groupe de chercheurs et d’ingénieurs informaticiens du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM / CNRS – Université d’Aix Marseille) a effectué des simulations ¹ spécifiques utilisant des ordinateurs nationaux de type « supercalculateurs » pour étudier le résultat d’une fusion de deux galaxies à disque de masses environ égales et situées à des redshifts intermédiaires – entre z 1.5 et 0.5). Les résultats particulièrement intéressants de cette étude ouvrent une toute nouvelle perspective pour la formation des disques galactiques.

La formation des galaxies comme notre Voie Lactée compte parmi les plus grandes questions auxquelles les astronomes tentent de répondre. Le processus est toutefois difficile à observer. En revanche, des simulations utilisant des super-ordinateurs nationaux permettent aux scientifiques de comprendre les processus mis en jeu dans la formation des galaxies. Une équipe du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille travaille sur ces modélisations. Une de leurs thématiques de recherche consiste à mettre en évidence le fruit de collisions de galaxies aux caractéristiques très spécifiques. Ils ont ainsi simulé la collision de deux galaxies à disque de masses environ égales et situées à des redshifts intermédiaires (entre z 1.5 et 0.5). Les deux galaxies avant collision représentent au mieux des galaxies situées à ces redshifts, étant plus petites et plus riches en gaz que les galaxies qui sont proches de nous. Point important, leurs halos sont constitués tant de matière noire que de gaz chaud.

**Le disque d’une galaxie formée lors d’une fusion majeure vu de face (en haut) et par la tranche (en bas).**
On y remarque tant des spirales internes que des spirales externes, ainsi qu’une barre et un bulbe en forme de boite. Les images de gauche représentent la totalité du disque, tandis que les images de droite sont un agrandissement de la partie centrale.
*Crédit : LAM*

L’évolution au cours de la fusion est la suivante :

Lors de la collision, les disques de ces galaxies sont détruits et leurs étoiles, subissant une relaxation violente, forment un bulbe classique, qui sera le centre de la nouvelle galaxie.
La majorité des étoiles se formant vers la fin de la période de collision ou juste après forment un disque épais.
Ensuite, un nouveau disque, mince et froid, commence à se former principalement par accrétion du gaz initialement dans le halo.

Ainsi une nouvelle galaxie se forme, et les simulations obtenues par cette équipe montrent que les étoiles les plus vieilles doivent se trouver dans le bulbe classique, suivies par les étoiles du disque épais et enfin par les étoiles du disque mince. Les étoiles les plus jeunes se trouvent dans les bras spiraux, et au centre dans un second bulbe (non classique), en forme de disque.

Grâce à ces simulations, les différentes étapes de l’évolution de la nouvelle galaxie, depuis sa formation lors de la fusion jusqu’au temps présent (z=0), ont pu être observées. La très haute résolution des simulations a non seulement permis des comparaisons détaillées des propriétés de ces galaxies simulées avec celles des galaxies observées, mais a de plus mis en évidence une parfaite adéquation avec ce que nous pouvons observer dans notre univers local ². En particulier, la distribution de la masse et la distribution des vitesses correspondent bien.

La morphologie des structures du disque est également en très bon accord avec les observations, montrant un disque épais en plus du disque mince, des spirales et des anneaux de la bonne taille et forme, et une barre avec des anses aux deux extrémités, et, vu de profil, un bulbe en forme de boite ou de cacahuète. Il est également à noter que les galaxies spirales ainsi formées peuvent avoir un bulbe classique avec une masse très faible, pouvant même être inférieure à 10% de la matière baryonique totale, ce qui est requis par exemple par les observations de notre Galaxie.

Lia Athanassoula, astronome au LAM et premier auteur de cette étude conclut : « Nos simulations démontrent que la fusion de deux galaxies spirales peut donner naissance à une nouvelle galaxie spirale. Ce résultat particulièrement intéressant met donc en évidence un scénario possible pour la formation des galaxies semblables à la nôtre. A partir de là nous allons pouvoir étudier les plus importantes propriétés des galaxies à disque. »

1. Des simulations N-corps avec hydrodynamique.

2. En particulier, la courbe de rotation est plate dans les parties extérieures et pas trop concentrée dans les parties centrales, grâce à la modélisation dans les simulations du noyau actif de la galaxie. Également le profil radial de la densité projetée, qui est — d’après la nomenclature des observateurs — de Type II, avec des valeurs réalistes pour les longueurs d’échelle tant intérieure qu’extérieure et pour le rayon qui sépare le disque intérieur et extérieur.

Du nouveau sur la formation et l’évolution des plaines côtières, l’exemple du Sud-Ouest de l’Inde

11 avril 2016 by osuadmin

Une étude des plaines côtières du sud-ouest de l’Inde menée par une équipe internationale ¹ de chercheurs a permis d’apporter une réponse à une question scientifique de longue date sur la formation et l’histoire de ces plaines principalement couvertes de latérites. Cette étude, basée sur la méthode de datation par l’argon, a en effet permis de déterminer que les latérites de ces plaines se sont formées il y a au moins 47 millions d’années au pied d’un vieux relief érigé il y a environ 60 millions d’années. Les résultats de cette recherche et leurs implications sont présentés dans l’édition du journal Geology du mois d’Avril 2016.

Les plaines côtières ou marges continentales qui résultent de la séparation des continents sont marquées par de grands escarpements dont l’âge et l’évolution géomorphologique sont matières à débat dans la communauté des géosciences. Des études ont montré une érosion rapide des marges après la séparation des continents impliquant l’installation précoce des escarpements tandis que d’autres ont argumenté pour une évolution plus lente au cours de phases d’érosion successives et par conséquent une stabilisation plus tardive de ces reliefs.

**Paysage de collines**
Paysage de collines exposant les sols latéritiques (latérites) de la plaine côtière (au pied de l’Escarpement des Western Ghats sur la marge sud-ouest de l’Inde péninsulaire – Formation de minerais d’oxydes de manganèse dans les sols latéritiques de la plaine côtière – Oxydes de manganèse vus en microscopie optique à lumière réfléchie – Image de micro-fluorescence X montrant les oxydes de manganèse potassiques (cryptomélane) en vert parmi les autres oxydes de manganèse en bleu et les oxydes de fer en rouge.
*Crédit : A. Beauvais et al. Geology 2016*

Or, le mode et le rythme de l’érosion des marges continentales sont déterminants pour reconstituer leur évolution topographique, reconstruire le développement des réseaux de drainage, et quantifier les transferts sédimentaires depuis les continents vers les bassins océaniques marginaux au cours des temps géologiques.

Aujourd’hui, une équipe de chercheurs internationale vient d’apporter un nouvel éclairage sur l’évolution des marges continentales. Ils ont en effet pu préciser l’histoire géomorphologique de la marge continentale sud-ouest de l’Inde Péninsulaire ² depuis la mise en place il y a environ 65 millions d’années des roches basaltiques des trapps de la province du Deccan.

Pour cela, ils ont déterminé et interprété les âges obtenus par la méthode de datation à l’argon (40Ar/39Ar) sur des oxydes de manganèse potassiques (appelés cryptomélane) formés dans les sols latéritiques (latérites) de part et d’autre du grand escarpement des Western Ghats qui borde la marge sud-ouest de l’Inde Péninsulaire. Ils ont ainsi montré que la préservation de ces sols épais de plusieurs dizaines de mètres et vieux d’au moins 47 millions d’années ont pu se former en un minimum de 12 millions d’années au pied de l’escarpement ce qui atteste de l’installation rapide (à l’échelle des temps géologiques) et de la stabilisation précoce de ce relief, il y a probablement 60 millions d’années. De plus, les résultats de ces recherches impliquent des vitesses d‘érosion des sols latéritiques datés très faibles (< 5 mètres par million d’années) depuis leur formation au pied de l’escarpement.

Ces nouveaux résultats questionnent les modèles d’érosion dérivés de l’étude de l’histoire thermique (refroidissement) des roches contenant des minéraux de phosphate de calcium (apatites). Plus généralement, les âges obtenus sur les oxydes de manganèse des sols latéritiques remettent en question l’idée selon laquelle la topographie des marges et des surfaces continentales serait due à des soulèvements et des rajeunissements récents.

Ces travaux publiés dans le journal Geology montrent que l’étude géomorphologique et géochronologique des sols latéritiques formés et préservés depuis des millions d’années sur les marges et les continents des régions intertropicales est prometteuse pour quantifier les vitesses d’érosion et les sédiments exportés vers les bassins marins à l’échelle des temps géologiques

1. L’équipe est composée de chercheurs du Centre Européen de Recherches et d’Enseignements des Géosciences de l’Environnement (CEREGE-OSU Institut Pythéas / CNRS, IRD, Aix-Marseille Université), de Géosciences Environnement Toulouse (GET - IRD, Université Toulouse Paul Sabatier, CNRS ), de Géosciences Montpellier (Université de Montpellier 2, CNRS) et du Centre for Earth and Space Sciences (University of Hyderabad)

2. On trouve des surfaces présentant les mêmes caractéristiques dans les plaines côtières et même à l’intérieur des terres en Inde, en Afrique, en Australie, et en Amérique du Sud.