Les astronomes ont proposé pour la première fois de pouvoir reconstruire « l’histoire de la vie » d’une galaxie sur un milliard d’années à partir d’une seule observation. Cette nouvelle méthode est appelée « Archéologie Extragalactique ». L'équipe de recherche utilise l'intelligence artificielle et les « empreintes digitales » d'éléments chimiques présents dans les galaxies pour rédiger des « biographies » de galaxies situées au-delà de la Voie lactée et couvrant toute l'échelle d'âge de l'univers.

Des recherches pertinentes ont été récemment publiées dans Nature Astronomy. L'auteur estime que ce travail devrait devenir la base d'un nouveau « guide de terrain » permettant de comprendre comment les galaxies se forment, fusionnent et évoluent au cours du long temps cosmique. Pour cela, les chercheurs sont partis d'un cas précis : analyser les petites différences dans la répartition des éléments oxygène à l'intérieur de la galaxie spirale NGC 1365.

D'une manière générale, la teneur en oxygène est la plus élevée au centre de la galaxie et diminue progressivement du centre vers l'extérieur, ce qui constitue le gradient de distribution typique de ces éléments plus lourds. Mais s'il y a des fluctuations anormales de ce gradient, cela peut signifier que la galaxie a connu des « événements de vie » majeurs : comme la naissance de nouvelles étoiles ou de trous noirs, les explosions de supernova d'étoiles anciennes, ou encore les collisions et fusions entre galaxies.

L'équipe de recherche a construit environ 20 000 simulations d'évolution de différents types de galaxies, couvrant diverses « douleurs » que les galaxies peuvent ressentir au cours de leur croissance, notamment la formation d'étoiles, l'activité des trous noirs, le mouvement des gaz et l'évolution de différents éléments chimiques, etc., et a mis en place un « contexte de vie » complet pour ces galaxies simulées. L’équipe a ensuite utilisé l’intelligence artificielle pour comparer ces données simulées avec le NGC 1365 réellement observé, à la recherche de scénarios qui correspondaient étroitement à l’empreinte chimique de la galaxie, déduisant ainsi son chemin d’évolution.

"Nous pouvons reconstruire l'histoire détaillée de la croissance d'une galaxie spirale en nous basant uniquement sur son empreinte chimique actuelle." Lisa Kewley, première auteure de l'article et directrice du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, a déclaré dans une interview avec Refractor.

L'analyse de l'équipe montre que la région centrale de NGC 1365 s'est formée au début de l'univers, remontant presque à la naissance de l'univers il y a 13,7 milliards d'années, et que l'oxygène a été produit à ce stade. Au cours des 12 milliards d’années qui ont suivi, le gaz présent dans les confins de la galaxie s’est continuellement reconstitué grâce à des collisions et des fusions avec des galaxies naines. Le gaz extérieur s’est progressivement accumulé et a poussé la galaxie à se développer. Ces étoiles de galaxies naines fusionnées ont également apporté de nouvelles sources de matière vers les bords extérieurs.

Il ne s’agit que de l’histoire d’une galaxie, et le but de « l’archéologie extragalactique » est de reconstruire « l’histoire de la vie » pour le grand nombre de galaxies situées au-delà de la Voie lactée. Les chercheurs espèrent ainsi trouver les « archives fossiles » de ces galaxies : bien que les galaxies n'aient pas de squelette comme la vie sur Terre, les gaz, la poussière, les étoiles, les structures de matière noire, etc. à l'intérieur d'elles ont laissé des traces de leur longue évolution qui peuvent être retracées.

Dans la recherche traditionnelle, les astronomes s'appuient généralement sur le « décalage vers le rouge » pour caractériser la distance et l'âge des galaxies : plus le spectre se déplace de manière évidente vers l'extrémité rouge, cela signifie que la galaxie est plus éloignée et que le stade le plus précoce de l'univers est observé. Cela est dû au fait que l’univers dans son ensemble est en expansion et que les premières galaxies s’éloignent les unes des autres à un rythme plus rapide.

Redshift reste un outil important pour mesurer l'âge des galaxies, mais « l'archéologie extragalactique » tente de répondre à un autre type de question : comment les galaxies ont fusionné, échangé des gaz et d'autres matériaux sur des milliards d'années, et comment ces processus les ont façonnées pour devenir ce qu'elles sont aujourd'hui. Heureusement, la combinaison de nouvelles technologies telles que l’intelligence artificielle, les simulations numériques à grande échelle et les observations télescopiques à haute résolution ont rendu progressivement réalisable cette voie de recherche ambitieuse.

Selon Ciuli, NGC 1365 constitue un cas idéal pour mener ce type de recherche « archéologique ». "Cette étude montre qu'une imagerie fine de l'oxygène au sein d'une galaxie, si elle est systématiquement comparée à des milliers de galaxies simulées, peut réduire considérablement ses voies d'évolution possibles", a-t-elle déclaré.

Bien entendu, NGC 1365 n’est qu’une des dizaines de milliards de galaxies que compte l’univers. Les chercheurs ont souligné que la prochaine étape consisterait à appliquer la même méthode à davantage de types de galaxies et à couvrir différentes séquences de fusion et branches évolutives. Si tout se passe bien, ils espèrent éventuellement compiler un « guide de terrain des galaxies typiques » : tout comme voir un oiseau sur Terre, les gens peuvent non seulement décrire ses caractéristiques d'apparence actuelles, mais également déduire son environnement de croissance et son processus d'évolution. Les astronomes peuvent également utiliser « l’empreinte chimique » et « l’apparence » structurelle de la galaxie pour déduire quand et comment ses étoiles et son gaz ont convergé vers ce qu’ils sont aujourd’hui.

En tant que domaine de recherche qui en est encore à ses balbutiements, Chiuly a souligné que « l'archéologie extragalactique » avait encore de nombreux domaines à améliorer. "À mesure que nous incorporons davantage d'éléments chimiques, davantage d'échantillons de galaxies et des simulations plus sophistiquées, cette méthode deviendra plus puissante." Elle a ajouté que l'objectif à long terme de l'équipe de recherche est d'utiliser ce nouvel outil pour mieux révéler l'histoire des galaxies lointaines, non seulement pour aider les humains à comprendre l'évolution de l'univers entier, mais aussi pour nous donner une compréhension plus claire de l'emplacement et de l'origine de notre propre galaxie dans l'univers.