NGC 4698, la galaxie dont le cœur tourne à 90°

Une galaxie, deux plans croisés

À première vue, NGC 4698 ressemble à la Voie lactée. Un disque mince d'étoiles, de gaz et de poussière, parcouru de bras spiraux constellés d'étoiles bleues jeunes et de nuages de poussière brune. Un détail la distingue déjà de la plupart des spirales : ses bras ne s'enroulent pas jusqu'au centre. Ils s'arrêtent à distance et forment un anneau autour du cœur, comme si quelqu'un avait retiré la partie centrale du dessin.

Ce cœur, c'est le bulbe. Une zone au halo blanc cassé, peuplée d'étoiles plus petites, plus vieilles et plus froides que celles des bras. Ces étoiles sont serrées les unes contre les autres et tournent autour d'un trou noir supermassif de plusieurs millions de masses solaires. Les données de Hubble montrent des signes que ce trou noir grossit en attirant du gaz vers lui.

Le vrai trouble-fête est ailleurs. Ce bulbe s'étire perpendiculairement au disque, comme une balle de rugby posée à travers une assiette. Sur l'image, on voit sa lueur spectrale dépasser au-dessus et en dessous des bandes de poussière. Et ce n'est pas qu'une bizarrerie de forme : les étoiles et le gaz les plus proches du centre tournent réellement dans ce plan à angle droit.

Comment on voit tourner une galaxie à 55 millions d'années-lumière

Rien de tout cela ne se voit à l'œil. Pour connaître le sens de rotation d'une galaxie, les astronomes utilisent un spectrographe, un instrument qui trie la lumière selon ses couleurs, c'est-à-dire selon les longueurs d'onde qui la composent. Chaque élément chimique y laisse une signature, et cette signature bouge selon le mouvement de la source.

L'effet est le même que pour une sirène d'ambulance : le son devient plus aigu quand le véhicule approche, plus grave quand il s'éloigne. Pour la lumière, cela se traduit par un léger décalage vers le bleu si l'objet vient vers nous, vers le rouge s'il s'éloigne. En posant la fente du spectrographe le long d'un axe de la galaxie, on obtient la vitesse du gaz et des étoiles à chaque distance du centre.

Les astronomes ont fait ce travail dans les deux directions. Le long du grand axe du disque, surprise : dans la zone centrale, les vitesses restent proches de zéro. Comme si rien ne tournait. Puis, en plaçant la fente perpendiculairement, le long du petit axe du disque, un signal net apparaît, avec un gradient de vitesse marqué au centre.

L'explication tient en une image simple. Imaginez une place où deux files de piétons se croisent à angle droit. Si vous ne regardez que les allées et venues est-ouest, les deux files se compensent et la place paraît immobile. Ce n'est qu'en changeant d'axe de visée que la foule se remet à marcher. Dans NGC 4698, la matière du noyau avance le long de l'axe où le disque, lui, ne montre presque aucun mouvement. Deux mouvements croisés qui s'annulent dans la mesure, donc, et un noyau qui possède son propre plan de rotation.

Ce qu'il faut pour retourner un noyau

D'où peut venir un tel désaccord ? Pas d'un simple accident de forme. La piste privilégiée par les astronomes est extérieure à la galaxie : du gaz capté ailleurs, qui est venu se poser au centre dans un plan à angle droit.

Le mécanisme repose sur une différence de comportement bien connue. Les étoiles d'une galaxie ne se heurtent jamais et gardent leurs orbites : elles ne peuvent pas se réorganiser d'elles-mêmes en un disque neuf. Le gaz, lui, se percute, perd de l'énergie et se tasse en un plan. Une fusion entre deux galaxies purement stellaires ne peut donc pas fabriquer un disque nucléaire. Il faut du gaz, et il faut que ce gaz vienne de l'extérieur, ou qu'il soit réuni par la rencontre. Celui qui arrive conserve son élan d'origine, puis retombe dans le plan qui correspond à cet élan, perpendiculaire au disque principal. Là, il se met à tourner pour son propre compte et forme de nouvelles étoiles, en petit comité.

Un indice appuie cette lecture depuis longtemps. NGC 4698 traîne une courte queue d'hydrogène, un filet de gaz qui s'échappe d'un seul côté. C'est la signature typique d'une mini-fusion, l'absorption d'une galaxie bien plus petite que la principale. De quoi fournir à la fois le gaz et l'élan nécessaires.

Ce que cette galaxie apprend sur les autres

NGC 4698 compte parce qu'elle rend visible un processus qui se joue en silence dans beaucoup de galaxies, y compris peut-être la nôtre. Les astronomes connaissent depuis longtemps des galaxies elliptiques cerclées d'un anneau de gaz qui tourne perpendiculairement, les galaxies à anneau polaire. Il s'agit toujours d'un héritage : du matériel capté après coup. NGC 4698 montre la même mécanique dans une spirale bien constituée, à une échelle plus modeste. Un laboratoire pour comprendre comment une galaxie absorbe du gaz sans se disloquer.

L'observation a été menée dans le cadre d'un programme de relevé qui vise justement ce terrain de jeu. MAUVE-HST, piloté par David Thilker, de l'Université Johns Hopkins, passe au crible 40 galaxies de l'amas de la Vierge avec la caméra WFC3 de Hubble, sur 145 orbites. Son objectif : distinguer, au sein de ces galaxies, ce qui relève de leur propre histoire de ce qui vient de la vie en communauté, et suivre à la trace le gaz qui permet ou non de fabriquer des étoiles.

Une dernière curiosité reste ouverte. Le trou noir du centre grossit, du gaz continue d'affluer, et le noyau continue de tourner à contre-courant du disque. Combien de temps un tel équilibre tient-il ? C'est ce genre d'objet, à mi-chemin entre deux histoires, qui aide les astronomes à répondre pour toutes les autres.

Pour aller plus loin

• La fiche mission de Hubble, le télescope qui a produit cette image avec sa caméra WFC3.
• Les notions pour suivre le dossier : galaxie et trou noir supermassif.
• Pour partir à sa recherche dans la constellation de la Vierge, la carte du ciel interactive et le guide d'observation indiquent où et quand regarder. La galerie d'astrophotographies montre ce qu'un amateur équipé obtient sur des galaxies.
• Les sources officielles : le communiqué de la NASA et la publication ESA/Hubble, complétés par l'image publiée par l'ESA.