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Galaxie de l'Infini
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La galaxie de l’Infini (galaxie ∞ ; en anglais Infinity galaxy) ou SDSS 100014.18+021311.4, aussi dénommée la Chouette cosmique (Cosmic Owl), est une paire de galaxies en interaction observée par le télescope spatial James Webb (JWST) dans le cadre du programme COSMOS-Web. La paire de galaxies est nommée ainsi en raison de sa forme distinctive, ressemblant à une face de chouette ou au symbole de l’infini (∞). La galaxie est formée de deux noyaux compacts avec des masses stellaires de ∼1011M⊙ séparés de 10 kpc, au milieu desquels se trouve un trou noir supermassif actif [1].
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| Galaxie de l’Infini | |
| Image NIRCam de la galaxie ∞ Les deux noyaux des galaxies spirales sont visibles en jaune à l'intérieur des anneaux. L'hydrogène incandescent entre les deux galaxies, qui a été dépouillé de ses électrons, apparaît en vert. | |
| Données d’observation (Époque J2000.0) | |
|---|---|
| Constellation | sextant |
| Ascension droite (α) | 10h 00m 14s |
| Déclinaison (δ) | 2° 13′ 11,67″ |
| Décalage vers le rouge | 1,14 |
Localisation dans la constellation : Sextant   | |
| Astrométrie | |
| Distance | ∼ 8,5 milliards d' al |
| Caractéristiques physiques | |
| Type d'objet | Galaxies en interaction
Galaxie à anneau Galaxie active |
| Découverte | |
| Désignation(s) | SDSS J100014.18+021311.4 |
| Liste des objets célestes | |
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Elle est située dans la constellation du Sextant. Son décalage vers le rouge est de 1,14. Cela correspond à une distance d'environ 8,5 milliards d’al de la Terre. Elle est donc observée environ 5,3 milliards d'années après le Big Bang.
Sa découverte en 2025 a été réalisée de façon indépendante par deux équipes d’astronomes. D’une part, par une équipe dirigée par l’astronome Mingyu Li de l’Université Tsinghua de Beijing (dépôt de l’étude sur ArXiv le ) qui ont dénommé la galaxie la chouette cosmique, d’autre part, par une équipe dirigée par l’astronome Pieter van Dokkum de l’Université de Yale (dépôt sur ArXiv le et publication le ) qui l’ont surnommée galaxie ∞ [2],[3].
Cette codécouverte fournit des informations importantes sur les fusions de galaxies et la formation des trous noirs supermassifs, notamment par l'intermédiaire du mécanisme de l’effondrement direct.
Découverte
La chouette cosmique ou galaxie de l'Infini a été identifiée en 2025 grâce aux données d'archives du programme COSMOS-Web du JWST, une enquête à grande échelle conçue pour cartographier la structure de l'Univers primitif. La morphologie unique de la galaxie a été relevée pour la première fois dans des images infrarouges capturées par la caméra NIRCam du JWST [4]. Les données archivistiques du radiotélescope Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), celles du télescope spatial de rayons X Chandra et celles du radiotélescope ALMA ont été mises à contribution. De nouvelles observations effectuées en 2024 avec le spectrographe LRIS du télescope Keck I, ont confirmé la présence d'un trou noir supermassif actif situé entre les deux noyaux.
Caractéristiques
La galaxie de l'Infini ou chouette cosmique est caractérisée par deux noyaux rouges compacts avec des masses stellaires d'environ 100 milliards M⊙. Chacun des deux noyaux est entouré d'un anneau proéminent d'étoiles et de gaz, formant un huit (8) ou le symbole de l'infini (∞), à partir des deux galaxies à anneau. Cette structure est attribuée à une collision frontale de deux galaxies à disque, qui ont comprimé les nuages de gaz et déclenché les forces de marée, créant les anneaux observés[3].
On estime que la collision s'est produite il y a environ 50 millions d'années avant l’observation, produisant le rémanent gazeux environnant le milieu de la galaxie. Le gaz a probablement été choqué et comprimé au lieu de collision des deux galaxies initiales, l’équivalent, à l'échelle plus réduite de la nouvelle galaxie, du processus de collision qui a produit l'amas de la Balle[3].
Interprétations des observations
La chouette cosmique
Pour l’équipe dirigée par l’astronome Mingyu Li, les images révèlent que le noyau compact de chaque galaxie forme un œil de la chouette cosmique, tandis qu’une région centrale de formation stellaire intense, renforcée par des populations stellaires plus jeunes et des émissions nébuleuses, apparaît en bleu, ressemblant à un bec entre les deux.
L’étude estime que la masse stellaire du système en fusion est d’environ 320 milliards de masses solaires et indique que chacune des galaxies en fusion abrite un noyau galactique actif (NAG) et que celui de l' « œil » nord-ouest possède un jet radio bipolaire. Elle précise que le jet s’étend jusqu’à la région du bec et induit des chocs supplémentaires dans le front de collision entre les deux galaxies[2],[5],[6].
Galaxie de l'Infini (galaxie ∞)
Pour équipe dirigée par l’astronome Pieter van Dokkum, la vaste étendue d'hydrogène gazeux ionisé, brillant en vert sur les images du JWST, qui se trouve entre les deux noyaux, héberge un trou noir supermassif. Ce trou noir central, d'une masse d'environ 1 million de masses solaires (~106M⊙), est observé en accrétion active avec une luminosité radio et des rayons X semblable à celle d'un quasar.
Il se distingue par son emplacement en dehors des noyaux galactiques, une configuration rare dans les fusions galactiques, positionné exactement entre les deux noyaux[3],[7].
Trous noirs
Si l’on retient les conclusions d’une troisième étude, déposée sur ArXiv le par l’équipe de Pieter van Dokkum, la galaxie ∞ abrite trois trous noirs :
- un trou noir central, situé entre les deux noyaux à l'intérieur du gaz ionisé, d'une masse d'environ un million de masses solaires ;
- deux autres trous noirs, un dans chaque noyau, qui sont les trous noirs centraux des deux anciennes galaxies avant leur fusion. Les deux trous noirs sont des noyaux actifs de galaxies. Leurs masses sont estimées à environ 67 et 26 millions de masses solaires par l’étude de Mingyu Li[2].
Le trou noir situé au centre du système est particulièrement intéressant, car sa formation s'aligne sur le modèle des trous noirs à effondrement direct, où un nuage de gaz massif s'effondre directement dans un trou noir sans former d'étoiles. Ceci est soutenu par les données spectroscopiques du JWST, montrant que la vitesse radiale du trou noir est d’environ 50 km s−1 à l’intérieur du gaz environnant. Cet alignement de vitesse suggère à l’évidence que le trou noir s'est formé au sein du nuage de gaz (où il est enfoui) lors de la fusion des deux galaxies, fournissant potentiellement la première preuve de l’existence de trous noirs à effondrement direct dans l'Univers[8].
Importance
La galaxie de l'Infini (∞) est une étude de cas intéressante pour plusieurs raisons :
- la formation du trou noir central soutient le modèle des trous noirs à effondrement direct, offrant un aperçu de la façon dont les trous noirs supermassifs ont pu se former dans l'univers primitif, un phénomène fréquemment observé par JWST mais mal expliqué par les modèles traditionnels de « graines légères » ;
- fusions galactiques : la structure de la galaxie fournit un aperçu de la dynamique des fusions, illustrant comment les collisions façonnent les distributions stellaires et gazeuses ;
- système multi-trous noirs : la présence de trois trous noirs supermassifs actifs dans un seul système est rare et offre un laboratoire naturel pour l'étude des interactions entre les trous noirs[9].
