La galaxie d’Andromède vue comme jamais, à 21 cm de longueur d’onde

La dernière cartographie radio de M 31, l’une des deux galaxies spirales massives du Groupe Local avec la Voie Lactée, datait du début des années 1980. L’interferomètre radio DRAO (Canada) a été utilisé fin 2005 et a permis de révéler un disque d’hydrogène neutre (noté gaz HI) qui s’étend jusqu’à un rayon galactocentrique de 38 kpc (118000 années-lumière), devenant l’observation du disque de M 31 la plus étendue qui existe à l’heure actuelle.

Ces observations ont d’abord permis de découvrir de nombreuses raies d’émission HI dans la majorité du champ de vue, avec parfois jusqu’à cinq composantes de vitesses différentes (Figure 1). Ce phénomène rare suggère une composante gazeuse bien plus complexe que ce qu’on pensait jusqu’à présent, avec par exemple un halo de gaz diffus qui entourerait le disque de M 31, ou bien des extensions de marée ou encore un "warp" (disque gauchi).

L’analyse du cube de données HI (Figure 2) a permis de découvrir une structure de gaz très diffuse, peu massive (108 masses solaires) et très étendue (d’une taille de 32 kpc en projection sur le plan du ciel) sur les bords du disque HI. Cette structure a la forme d’un "bras spiral", sans contrepartie dans l’autre moitié du disque, et pourrait être un bras de marée. On remarque aussi une extension gazeuse très fine et de forme filamentaire à l’extrémité du disque (représentée par les lettres "Fil." sur la Figure 2). L’analyse de sa cinématique révèle des mouvements de gaz en expansion, ou non circulaire. Là aussi, il pourrait s’agir de la signature d’une interaction gravitationnelle avec une autre galaxie.

D’autre part, l’analyse du champ de vitesses (Figure 3, àgauche) a permis de quantifier deux variations de l’inclinaison du plan de M 31 : les parties centrales du disque (R < 6 kpc) sont moins inclinées que la moyenne, tandis que la périphérie du disque (R > 27 kpc) apparaît plus inclinée. Ces gauchissements du disque résultent probablement d’interactions avec des galaxies voisines. Une collision avec la galaxie elliptique naine M 32 pourrait expliquer le gauchissement central et une interaction avec NGC 205 le gauchissement externe.

Enfin, il est montré pour la première fois que la vitesse de rotation de M 31 augmente dans ses parties externes, à partir de R = 30 kpc (Figure 3, àdroite). Des anciennes mesures moins étendues et moins précises que les nouvelles observations avaient montré que la vitesse semblait être constante à grand rayon.

L’analyse de la dynamique de M 31 à partir de la courbe de rotation montre que la masse de la matière sombre est 4 fois plus grande que celle de la matière baryonique (étoiles, gaz atomique et moléculaire, trou noir central supermassif). La masse de M 31 mesurée au dernier point de la courbe de rotation R=38 kpc est M 5×1011 masses solaires. Sa masse totale (i.e. celle extrapolée au rayon de viriel du halo de matière sombre) est Mtot 1012 masses solaires. La galaxie d’Andromède et notre Voie Lactée ont une masse totale identique !

Dernière modification le 21 décembre 2021