À la différence des galaxies spirales « aplaties » comme notre Voie lactée, les galaxies sphéroïdales de notre Univers proche sont comme mortes : composées d'étoiles très âgées, elles sont dépourvues de gaz et ne forment presque plus de nouvelles étoiles. C'est le cas de la partie centrale (ou bulbe) des galaxies spirales, ainsi que des galaxies elliptiques géantes.

Pour mieux comprendre leur formation, les astrophysiciens s'intéressent à une période de formation intense d'étoiles, appelée « midi cosmique », alors que l'Univers n'était âgé que de 1,6 à 4,3 milliards d'années. Ils doivent pour cela observer l'Univers lointain dans les domaines millimétriques et submillimétrique, du fait de la présence de poussières opaques en lumière visible.

Alma et ses archives revisitées

Ils disposent pour cela de deux instruments exceptionnels.

• Le réseau interférométrique d'antennes Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) au Chili recueille des données exactement dans le domaine spectral ciblé et les chercheurs bénéficient depuis peu d'une nouvelle méthode leur permettant de déterminer le profil de luminosité des galaxies, à partir des données interférométriques d'Alma.
• Le puissant télescope spatial James Webb offre une image globale des galaxies en infrarouge.

En exploitant les archives d'Alma, les astrophysiciens de l'irfu et leurs partenaires ont sélectionné plus d'une centaine de galaxies à formation stellaire intense, très brillantes dans le domaine submillimétrique, toutes associées au midi cosmique, et ils ont pu confronter les observations d'Alma et du James Webb pour cet échantillon remarquablement étendu. Deux surprises les attendaient…

• Pour la plupart, le centre de ces galaxies est sphéroïdal et non pas aplati sous forme de disque comme attendu – le rapport entre l'axe le plus court et le plus long étant en moyenne un demi.
• De nombreuses galaxies sphéroïdales sont en cours de formation, à partir de flambées d'étoiles, en l'absence de fusion de galaxies – une hypothèse avancée jusqu'à présent pour expliquer la formation des sphéroïdes.  

Une nouvelle compréhension de la formation des galaxies

Ces travaux constituent un tournant dans la compréhension de la formation et de l'évolution des bulbes des galaxies spirales, et peut-être aussi des galaxies elliptiques géantes, telles que M87 dans la constellation de la Vierge. Non sans conséquence sur les modèles décrivant les galaxies et leur évolution…

D'autres avancées attendues sur la formation des galaxies dans l'Univers primitif permettront d'affiner les modèles actuels.

• De nouvelles observations Alma, bénéficiant d'une résolution et d'une sensibilité accrues, combinées aux données d'archives, permettront d'explorer en détail la distribution et la cinématique du gaz froid (matière première de la formation stellaire) au sein de ces galaxies.
• Les capacités des télescopes James Webb, Euclid et CSST (télescope spatial de la station spatiale chinoise) permettront de cartographier les composantes stellaires des galaxies, ce qui conduira à une vision plus complète de leur évolution.