Quelle est la plus grande galaxie que l'Univers ait réussi à construire ? La question paraît simple, mais jusqu'ici personne n'avait de réponse solide. Une équipe de l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC, aux îles Canaries) vient de mesurer précisément la taille d'IC 1101, la géante au centre de l'amas Abell 2029. Verdict : un diamètre d'environ 520 kiloparsecs, soit près de 1,7 million d'années-lumière, pour environ 3,4 × 10¹² masses solaires en étoiles. Et ses bords trahissent qu'elle continue de grossir.

Un géant qui n'avait jamais livré ses frontières

IC 1101 n'est pas une inconnue. Depuis des décennies, les astronomes la classent parmi les plus grandes galaxies connues. Elle trône au centre d'Abell 2029, un amas de galaxies situé à environ 1 milliard d'années-lumière de nous. Une galaxie à ce poste porte un nom : BCG, pour brightest cluster galaxy, la galaxie la plus lumineuse de son amas. Ce sont les objets les plus extrêmes de la formation des galaxies, et les plus gros.

Le hic, c'est que les galaxies n'ont pas de bordure franche. Leur lumière s'étale et devient de plus en plus faible à mesure qu'on s'éloigne du centre. Pour mesurer un diamètre, il faut décider où la galaxie s'arrête. Et cette décision dépend de la profondeur des images : plus on pose longtemps, plus on voit loin dans le halo diffus. En 1991, des images avaient détecté de la lumière stellaire jusqu'à 607 kiloparsecs du centre. Mais personne ne savait dire où était le vrai corps de la galaxie.

Trois vues d'IC 1101 côte à côte : à gauche le relevé SDSS, au centre le relevé DESI, à droite l'image profonde du télescope Isaac Newton, qui montre nettement plus de lumière diffuse autour de la galaxie.
Le même objet vu par trois instruments, du relevé SDSS (à gauche) au relevé DESI (au centre), puis avec les nouvelles images profondes de l'INT (à droite, plus de quatre heures de pose). Seule la pose la plus longue révèle le halo diffus et les structures qui entourent la galaxie. Crédit : Carlos Marrero-de la Rosa et al., Astronomy & Astrophysics (2026).

Plus de huit heures de pose pour trouver le bord

Pour trancher, l'équipe a utilisé la caméra grand champ du télescope Isaac Newton (INT), un instrument de 2,5 mètres installé à l'observatoire du Roque de los Muchachos, sur l'île de La Palma. Les astronomes ont cumulé 79 poses de 180 secondes dans le vert et 53 poses de 300 secondes dans le rouge, soit environ 4 heures dans une couleur et 4,4 heures dans l'autre. Des poses très longues, additionnées image par image, qui font apparaître une lumière des milliers de fois plus faible que ce que l'œil humain peut percevoir.

Le défi technique est redoutable. Un télescope n'est pas parfait : la lumière d'une étoile brillante s'étale en un halo diffus qui peut noyer le signal de la galaxie. Ces halos parasites doivent être modélisés et soustraits un par un. L'équipe a même construit un modèle de ce halo à partir d'étoiles étalons, en combinant des étoiles de luminosités différentes selon la distance au centre, et en s'appuyant sur les positions très précises relevées par le satellite Gaia.

Une fois cette lumière parasite retirée, il reste à repérer la transition. Les mesures montrent un changement simultané dans plusieurs propriétés de la galaxie, sa forme, sa couleur et la densité de sa masse stellaire, à un rayon de 260 kiloparsecs. C'est le signal recherché : le point où le corps principal cède la place au halo diffus. On en déduit un diamètre d'environ 520 kiloparsecs, soit près de 1,7 million d'années-lumière.

Cette transition n'est pas un mur. Comme l'explique Ignacio Trujillo, coauteur de l'étude, il s'agit d'un passage progressif : au-delà, les étoiles ne sont plus vraiment liées à la galaxie et se dispersent dans le matériau stellaire diffus de l'amas. La galaxie se dilue dans son environnement au lieu de s'arrêter net.

Graphique montrant l'évolution de la luminosité de surface, de la couleur et de la densité de masse stellaire d'IC 1101 en fonction de la distance au centre, avec un changement marqué vers 260 kiloparsecs.
Les profils radiaux d'IC 1101 : de haut en bas, la luminosité de surface, la couleur et la densité de masse stellaire en fonction de la distance au centre. Tous montrent une transition nette vers 260 kiloparsecs, le bord du corps principal. Crédit : Carlos Marrero-de la Rosa et al., Astronomy & Astrophysics (2026).

70 fois la Voie lactée, et toujours en croissance

À l'intérieur de ce bord, la galaxie renferme environ 3,4 × 10¹² masses solaires en étoiles. Pour se figurer ce chiffre, on peut comparer à notre Voie lactée, qui contient environ 50 milliards de masses solaires en étoiles réparties sur 100 000 années-lumière de diamètre. IC 1101 pèse donc près de 70 fois plus lourd en étoiles, dans un volume près de 17 fois plus large.

Un chiffre qui ne cesse d'ailleurs de s'alourdir selon la distance où l'on place la frontière. La masse monte à environ 3,9 × 10¹² masses solaires en intégrant jusqu'à 475 kiloparsecs, puis à 4,2 × 10¹² jusqu'à 620 kiloparsecs. La différence vient de la lumière diffuse de l'amas, l'éclat des étoiles arrachées aux galaxies voisines.

Car IC 1101 n'a pas fini de grossir. Les images profondes révèlent, tout autour d'elle, un réseau de structures très faiblement lumineuses, des traînées, des plumes et des enveloppes asymétriques, qui s'étendent jusqu'à environ 2 millions d'années-lumière du centre. Ces formes sont la signature de fusions en cours : des galaxies plus petites, attirées par la gravité de la géante et de l'amas, sont déchirées et leurs étoiles absorbées.

Image profonde d'IC 1101 en fausses couleurs avec des flèches annotées de A à H pointant vers des structures diffuses étendues autour de la galaxie.
Les structures de très faible luminosité détectées autour d'IC 1101, pointées par les flèches A à H. Ces traînées et enveloppes diffuses sont les restes de galaxies plus petites capturées puis déchirées par la géante. Crédit : Carlos Marrero-de la Rosa et al., Astronomy & Astrophysics (2026).

Le même scénario s'est joué, il y a 2 à 3 milliards d'années, à l'échelle de l'amas entier. Les observations en rayons X, la lumière la plus énergétique, montrent dans Abell 2029 un immense remous de gaz chaud, un sillage en spirale d'environ 600 kiloparsecs attribué à la collision avec un petit groupe de galaxies. Ce chamboulement du gaz et les traînées stellaires vues par l'INT se répondent dans l'espace : les deux racontent la même perturbation, l'une dans le gaz, l'autre dans les étoiles.

Image optique profonde d'IC 1101 sur laquelle sont superposés, en vert, les contours de l'émission résiduelle en rayons X du gaz chaud de l'amas Abell 2029, avec des ellipses et un cercle en pointillés qui marquent les transitions radiales mesurées.
La lumière optique profonde d'IC 1101, avec en surimpression les contours en rayons X du gaz chaud d'Abell 2029. À grande échelle, les structures stellaires diffuses et le remous du gaz coïncident, signe d'une même perturbation passée. Crédit : Carlos Marrero-de la Rosa et al., Astronomy & Astrophysics (2026), d'après les données Chandra.

Ce que ce record nous apprend

Le vrai enjeu dépasse la médaille de la plus grande galaxie. IC 1101 pose une question aux modèles qui racontent comment les galaxies se construisent depuis le Big Bang. L'Univers a 13,7 milliards d'années : c'est le temps dont il a disposé pour forger un monstre de cette taille. Si les simulations ne parviennent pas à reproduire une telle géante dans ce laps de temps, c'est qu'il leur manque une pièce du mécanisme de croissance.

Selon le scénario dominant, les galaxies grandissent par fusions successives, les plus grosses absorbant les plus petites. Un objet comme IC 1101 est le produit le plus abouti de ce processus, dopé par la densité de son amas où les galaxies se croisent constamment. En ce sens, la géante d'Abell 2029 offre un aperçu de ce que beaucoup de galaxies massives pourraient devenir dans un futur lointain.

Et l'histoire n'est pas close. Avec un bord mesuré à 520 kiloparsecs et des débris visibles jusqu'à 2 millions d'années-lumière, IC 1101 est une galaxie en pleine construction. Son diamètre d'aujourd'hui n'est qu'une étape.

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