MAI 2012. Aujourd'hui, elle est une petite tache dans notre ciel tout juste visible à l'oil nu. Mais un jour, la galaxie d'Andromède donnera naissance à un étourdissant spectacle astronomique...

Car d'après des données fournies par le télescope spatial Hubble en 2002 et 2010, elle nous fonce droit dessus, à 430.000 km/h. Les simulations en images réalisées à partir des calculs de Roeland van der Marel, de l'Institut du télescope spatial de Baltimore (États-Unis), racontent donc l'histoire de l'inéluctable collision entre Andromède et la Voie lactée.

Dans 3,75 milliards d'années, elle arrivera tout juste à nos portes. Et dans 3,85 millions d'années, un gigantesque feu d'artifice cosmique commencera : les deux galaxies commenceront par se tourner autour lentement. Puis, sous l'effet d'intenses forces gravitationnelles, leurs spirales se frôleront, s'enrouleront, leurs nuages de gaz s'assembleront, se comprimeront et s'effondreront, donnant naissance à des myriades d'astres nouveaux. Dans 5,1 milliards d'années, les nuages de gaz s'évanouiront, les spirales se désagrégeront, et les centaines de milliards d'étoiles qui peuplaient les deux galaxies se mêleront. Dans 7 milliards d'années, l'incendie cosmique sera éteint, laissant place à un gigantesque globe lumineux. Andromède et la Voie lactée ne feront plus qu'une.

Le scénario est enfin connu des astrophysiciens : dans 4 milliards d'années, la Voie Lactée et la galaxie d'Andromède vont se percuter violemment, avant de fusionner. Avant première d'un feu d'artifice cosmique inouï...

Après quasiment un siècle de spéculations, on peut enfin décrire le plus grand évènement cosmique que va vivre notre système solaire", se félicite Roeland van der Marel. Cet astrophysicien de l'Institut scientique du télescope spatial de Baltimore (Etats-Unis) vient de lire dans les étoiles l'avenir de notre galaxie : dans 4 milliards d'années, la Voie lactée va subir une énorme collision avec la plus massive de ses voisines, la galaxie d'Andromède. Lentement, ces deux spirales vont se tourner autour, leurs gaz se mêler, leurs étoiles se lier, pour finir, dans 7 milliards d'années, par ne plus faire qu'une.
Un mastodonte qui dominera tout son groupe galactique. Ce cataclysme, les astronomes le pressentaient. À peine avaient-ils compris, dans les années 1920, que cette tâche nébuleuse nommée Andromède était une galaxie, qu'ils détectaient qu'elle se rapprochait. Depuis, leurs télescopes avaient maintes fois mesuré le décalage vers le bleu de la lumière de ses étoiles... Aucun doute : Andromède (flèche -> est aujourd'hui à 24 milliards de milliards de km de la V.L.) et la Voie lactée, les deux spirales aux centaines de milliards d'étoiles, les deux plus grandes galaxies à des millions d'années-lumière à la ronde, foncent bien l'une vers l'autre à 430.000 km/h ! Les théoriciens avaient multiplié les simulations : les galaxies pourraient se frôler, se tourner autour, s'attirer puis se rejeter ou s'entre-mêler, donnant naissance à une nouvelle galaxie... Pour trancher entre ces hypothèses, il fallait s'assurer qu'Andromède se dirige tout droit vers la Voie lactée et qu'elle ne dévie pas sur le côté. Devait donc être mesurée sa vitesse latérale, c'est-à-dire l'infime mouvement apparent des étoiles sur le fond du ciel. "Bien sûr, des modèles théoriques avaient fait des prédictions pour cette vitesse latérale, précise Gurtina Besla, astrophysicienne à l'université Columbia. Mais ils montraient seulement que sa valeur se maintenait en deçà de 200 km/s : un chiffre trop élevé pour conclure avec certitude sur la trajectoire d'Andromède, mais trop faible pour être mesuré..."
Or, il y a dix ans, Roeland van der Marel se convainc que la mesure est à la portée du télescope spatial Hubble de la Nasa. "Certains de mes confrères craignaient que la puissance de Hubble ne suffise pas, relate-t-il. Mais à l'époque, je me suis dit qu'en prenant deux mesures très éloignées dans le temps, nous arriverions peut-être à discerner le déplacement latéral des étoiles..." Et cela a marché ! En comparant la position d'une dizaine d'étoiles sur des clichés pris par le télescope en 2002 et en 2010, l'astronome vient de mesurer que, dans le plan du ciel, Andromède a une vitesse de seulement 17 km/s. Ce qui veut dire qu'elle file presque tout droit vers la Voie lactée. Armée de cette mesure, la théoricienne Gurtina Besla a simulé la trajectoire de la galaxie. Et désormais, le scénario est clair : les deux galaxies vont fusionner dans un feu d'artifice cosmique. L'humanité ne sera probablement plus là pour voir le ciel s'embraser car son Soleil, à court de carburant, aura commencé à se métamorphoser en une monstrueuse géante... Mais la planète bleue pourrait tenir bon, offrant ainsi un point de vue idéal pour suivre la rencontre des deux colosses. Quelques milliards d'années en avance, voici les images du plus grand spectacle cosmique comme si vous y étiez, les pieds sur Terre et la tête dans les étoiles.

LES SPIRALES D'ANDROMÈDE SE RAPPROCHENT, TOURBILLONNANTES ET MENAÇANTES...

Aux côtés de la traînée cotonneuse de la Voie lactée, Andromède fait d'abord pâle figure : minuscule tache de lumière blanche, à peine plus brillante qu'une étoile dans le ciel nocturne. Puis, l'infime nébuleuse se mue en une tache scintillante, en globe éclatant, en ovoïde bleuté... À chaque heure qui s'écoule, le nuage de 400 milliards d'étoiles, s'approche de la distance qui sépare la Terre de la Lune. Jusqu'à ce qu'enfin, ses spirales tourbillonnantes se déploient, tentaculaires bras étoilés qui éteignent les astres lointains. En 3,7 milliards d'années, la lointaine voisine s'est approchée jusqu'aux portes de la Voie lactée, à quelques millions de kilomètres seulement du système solaire. On ne voit plus que cela : le gigantesque vaisseau d'un autre monde qui s'impose dans le ciel, donnant jusqu'au vertige une idée de l'impact à venir. Le spectacle va bientôt commencer.

... PUIS LE CHOC GALACTIQUE EMBRASE LE CIEL, ET UN FEU D'ARTIFICE DE MILLIARDS D'ÉTOILES

Brutalement, le ciel s'embrase. En quelques dizaines de millions d'années, les astres, immuables laissent place à un gigantesque feu d'artifice cosmique. Les étoiles rouges, bleues, jaunes se mêlent. Les nuages de gaz en contre-jour dévoilent leurs tonalités cuivrées. Plus une nuit ne s'écoule sans que l'on distingue de nouvelles volutes étoilées. La métamorphose débute. Andromède et la Voie lactée commencent par se tourner autour, lentement, comme si elles se jaugeaient. Puis, sous l'effet d'énormes forces gravitationnelles, leurs bras tentaculaires se tordent, se distendent et se rétractent pour mieux se rapprocher de nouveau. Les spirales se frôlent et s'enroulent. Des ponts d'étoiles se forment, unissant les deux galaxies. Leurs nuages de gaz se rassemblent, se compressent et finissent par s'effondrer, donnant naissance à des myriades d'astres. À peine nés, les plus massifs explosent, irradiant des flots de lumière. Les plus légers s'accrochent définitivement à la voûte céleste, telles de nouvelles petites lanternes dorées.

ET DU CATACLYSME SURGIT UNE ÉBLOUISSANTE GIGANTESQUE SPHÈRE : NOTRE NOUVELLE GALAXIE

L'incendie cosmique s'est éteint laissant place à un gigantesque globe lumineux. Seulement 200 millions d'années après le début de la collision, les nuages de gaz se sont évanouis, consommés en donnant naissance des milliards de nouvelles étoiles. Les majestueuses spirales se sont désagrégées et les centaines de milliards d'étoiles qui peuplaient la Voie lactée et Andromède se mêlent. Protégées par les distances astronomiques qui les séparent, elles ont toutes survécu au cataclysme. Désormais, elles se concentrent lentement en une sphère gigantesque au centre de laquelle règne, invisible et majestueux, un trou noir colossal, fruit de l'union de ceux qui trônaient au centre d'Andromède et de la Voie lactée. Autour de ce bulbe, les étoiles les plus lointaines se mettent lentement à graviter, formant un amas elliptique. Irrésistiblement entraîné par ce mouvement, le Soleil se retrouve relégué en grande banlieue, à 100.000 années-lumière du centre de la nouvelle galaxie. Andromède et la Voie lactée ne forment plus qu'une. Et la Terre n'a plus de nuit.

D'ici 2 milliards d'années, la galaxie d'Andromède et la Voie lactée se percuteront pour n'en former plus qu'une. De récentes observations indiquent même qu'une autre galaxie, celle du Triangle, les rejoindra. Avec comme résultat final, la fusion du Groupe local en une seule galaxie elliptique, de masse titanesque.

Un jour, Andromède (M31 ->) percutera notre Voie lactée. Dans le cataclysme cosmique, des millions d'étoiles seront projetées dans l'espace extragalactique, à des centaines de milliers d'années-lumière à la ronde. De la fusion des deux spirales naîtra une galaxie elliptique, un monstre de plusieurs centaines de milliards d'astres que les astronomes Thomas Cox et Abraham Loeb ont baptisé Milkomeda (<-) (contraction de MilkyWay, et d'Andromeda).
"La Voie lactée et M 31 foncent l'une vers l'autre à environ 120 km/s", constatent ces deux chercheurs de Harvard dans une étude récente. En s'appuyant sur des simulations informatiques - où 1.300.000 particules numériques représentent les étoiles, le gaz et la matière noire des deux galaxies -, ils viennent de réévaluer le temps qu'elles mettront pour couvrir les 2,5 millions d'années-lumière les séparant. Résultat ? Les deux géantes entreront en collision dans "moins de 4 milliards d'années et au second clash, elles fusionneront définitivement. C'est bien plus tôt qu'on ne l'imaginait. Et surtout, le Soleil et la Terre seront toujours là pour vivre cet évènement unique. "Nos descendants observeront peut-être la fusion des deux galaxies", soulignent Cox et Loeb. Lors du premier choc, le disque de la Voie lactée sera très perturbé. Il existe même "12 % de chance pour que le Soleil se retrouve éjecté à plus de 60.000 années-lumière du centre de notre galaxie". Cette probabilité ne faisant que croître avec le temps, il y a finalement une chance sur deux pour que notre étoile se trouve à plus de 100.000 années-lumière du cour de Milkomeda après 5 milliards d'années d'évolution. Le plus étonnant est que le Soleil aura peut-être quitté la Voie lactée (->) dans l'intervalle ! "La probabilité est de 3 % que notre étoile soit capturée par M31 avant la fusion finale", précisent les deux Américains. Les futurs Terriens verront-ils dans le ciel la Voie lactée déchiquetée ?

En fait, le festin de M31 a déjà commencé. Quelques-uns de ses amuse-gueules, ou leurs vestiges, sont visibles tout autour de la belle spirale, sous la forme de très faibles galaxies ou de trainées stellaires diaphanes. Alan McConnachie, Rodrigo Ibata et leurs collègues viennent de les découvrir grâce au télescope Canada France Hawaï (CFHT), engagé dans un ambitieux "relevé archéologique" de l'environnement de M31. Puisque la géante est amenée à dévorer tout le Groupe local, il peut être intéressant de comprendre comment elle a grossi jusqu'ici... Or c'est à leur périphérie, dans le halo, que se trouve la mémoire des galaxies. Loin du disque et de son brassage permanent, une étoile qui appartenait à une galaxie naine dévorée conserve longtemps la trajectoire de la défunte. Inhomogène, un halo est ainsi strié de courants d'étoiles racontant chacun une collision passée. "Ce sont de sombres cimetières, peuplés des fantômes des galaxies démembrées lors de violentes collisions, voici bien longtemps", écrivaient Rodrigo Ibata et ses collègues dans un article de 2007.

D'où l'intérêt de leur relevé Pandas (Pan-Andromeda Archaeological Survey). "C'est la première fois que l'on observe une galaxie sur une si grande étendue et avec autant de sensibilité, s'enthousiasme Alan McConnachie. Nous sommes allés beaucoup plus loin que ce que nous considérions comme les limites de M31. Et ce qui est remarquable, c'est que, aussi loin que l'on regarde, on voit des étoiles - jusqu'à 500.000 années-lumière du disque". Depuis 2008, 220° carrés de ciel ont déjà été observés autour de M31 grâce à la caméra Mégacam du CHFT. Sans cet instrument de 340 millions de pixels, qui couvre un champ de 1° carré (un record) le recensement aurait été impossible. Et pour cause : à raison de 45 minutes par champ, temps de pose nécessaire pour révéler individuellement des étoiles de magnitude 25 à 26 - 90 millions de fois moins brillantes que la plus faible étoile visible à l'oil nu - plus de 165 heures d'observation ont été consacrées à ce programme. Fin janvier 2010, lorsqu'il s'achévera, il cumulera 250 heures de télescope. Pour quel résultat ?
"D'ores et déja, nous avons doublé le nombre de galaxies naines connues autour de M31", répond Nicolas Martin. Ce jeune postdoc au Max Planck Institute de Heidelberg est l'un des pionniers de Pandas. Sous la direction de Rodrigo Ibata, à Strasbourg, il a participé à son projet pilote et découvert certaines des douze nouvelles galaxies repérées depuis 2004. À l'en croire, ces satellites et les courants d'étoiles récemment identifiés dans le halo de M31 compteraient plusieurs centaines de millions d'astres ! "Mais nous en observons moins de 1 %, précise le chercheur. Seules les géantes rouges, ces étoiles en fin de vie, sont assez brillantes pour être vues à cette distance". Sans elles, l'immense courant d'étoiles découvert par Rodrigo Ibata en 2001 n'aurait jamais été repéré. Pas plus que la trainée stellaire qui s'étend sur 300.000 années-lumière au nord-ouest de M31. Ni l'arc géant qui court sur 120 000 années-lumière à bonne distance de la galaxie. Surtout, la plus belle proie de la galaxie d'Andromède serait restée dans l'ombre.

M33, ELLE AUSSI DÉVORÉE

"Jusqu'à présent, les victimes de M31 étaient des galaxies naines", raconte McConnachie. Son cannibalime s'apparentait à celui de notre Voie Lactée, cernée elle aussi par des trainées d'étoiles arrachées à des poids plumes. Mais un autre courant stellaire révélé par Pandas indique que M31 à commencé à s'attaquer à la galaxie du Triangle (M33). Cette spirale de 2 milliards d'étoiles, troisième poids lourd du Groupe local, est en train de s'effilocher. Elle traine derrière elle, sur 100.000 années-lumière, un chapelet d'étoiles qui pointe vers sa plus proche voisine, M31. Les deux galaxies sont aujourd'hui séparées par 750.000 années-lumière, mais ce "pont" stellaire trahit leur ancien voisinage : "M 31 et M33 sont probablement passées l'une près de l'autre voici 2,5 milliards d'années", explique Nicolas Martin. À l'occasion de ce frôlement (à 130.000 années-lumière tout de même), la moins massive aurait naturellement souffert... Et ce n'est qu'un début.
Car désormais une chose est claire : "M33 est liée par la gravitation à la galaxie d'Andromède", poursuit Nicolas Martin. Par conséquent, tôt ou tard, elle finira comme ses petites sours du halo de M31. Dépecée et digérée par la grande spirale. Mais le processus prendra plusieurs milliards d'années. Si bien qu'il est possible que M33, au final, fusionne avec... Milkomeda. La grande collision entre la Voie lactée et la galaxie d'Andromède (->) pourrait en effet prendre M33 de vitesse. "Comme nous connaissons mal la vitesse de M31, nous ne pouvons pas faire de prédiction à ce sujet", reconnait l'astrophysicien. Et à vrai dire, il faudrait pour cela connaitre aussi les masses respectives des deux géantes en présence, ce qui est loin d'être le cas : M31 est-elle 2 à 3 fois plus massive que notre Voie lactée, comme le soutient l'Italien Giovanni Baiesi Pillastrini, ou leurs masses sont-elles similaires, ce qu'assure Mark Reid, à Harvard ? Pour Thomas Cox et Abraham Loeb, il faudra attendre le lancement de Gaïa, fin 2011, pour trancher. Ce satellite européen mesurera le déplacement des étoiles de M31 à la milliseconde d'arc près. Il permettra ainsi de connaitre la vitesse de la galaxie sur le ciel. Un renseignement précieux pour prédire son destin... Quoi qu'il en soit, "le Groupe local est amené à devenir une galaxie elliptique", rappellent les chercheurs. Dans 100 millions d'années, lorsque l'expansion cosmique aura tellement éloigné les galaxies qu'elles seront hors de vue, cette "Milkomeda" représentera même, à elle seule, tout l'Univers observable.

Les observations astronomiques sont d'ailleurs formelles : notre voisine la galaxie d'Andromède se rapprocherait bien de notre galaxie, la Voie lactée, à plus d'UN MILLION de km/h (info 2008 ?). Or, l'Univers étant en expansion, on pourrait croire que toutes les galaxies s'éloignent les unes des autres. Comment expliquer alors le paradoxe d'Andromède ?

Tout simplement parce que le phénomène d'expansion de l'espace n'est en fait valable qu'à grande échelle, sur des distances bien supérieures à la centaine de millions d'années-lumière (a.-l.). En deçà - et c'est le cas pour Andromède, dont nous ne sommes séparés "que" de 2,2 millions d'a.l. - c'est la gravitation qui impose sa loi. En réalité, les deux phénomènes sont en constante compétition. L'expansion agit comme une force répulsive : elle étire, allonge les distances moyennes entre les astres, d'autant plus rapidement qu'ils sont déjà loin les uns des autres. Alors que la gravitation agit comme une force attractive, qui rapproche les corps massifs, et cela, d'autant plus fortement que ces corps sont proches les uns des autres. Résultat à grande échelle, l'espace entre les galaxies et les amas de galaxies a bien tendance à augmenter avec le temps. Et plus les galaxies s'éloignent, plus l'attraction gravitationnelle qui s'exerce entre elles s'amenuise sur de grandes distances, l'expansion l'emporte. À l'inverse, sur de petites distances, l'expansion est insignifiante et la gravitation domine.

ELLE S'APPROCHE À 500.000 km/h !

C'est exactement le cas pour Andromède et la Voie lactée. Grace à l'observation des étoiles d'Andromède, les scientifiques ont pu déterminer à quelle vitesse la galaxie s'approchait de nous. Ainsi, notre voisine nous fonce dessus à la vitesse vertigineuse de 500.000 km/h ! Même si les deux galaxies sont encore à plus de 20 milliards de milliards de kilomètres l'une de l'autre, elles devraient bien finir par se rencontrer... Pour avoir une idée du déroulement de ce choc, il faut s'adresser à John Dubinski, un astrophysicien de l'université de San Diego en Californie, qui s'est intéressé au passé des deux galaxies pour mieux prévoir leur devenir. Lequel semble avoir toutes les chances d'être cataclysmique... Car les simulations numériques du chercheur sont formelles : la collision aura bien lieu.

10 JOURS ENTIERS DE CALCULS !

Les deux galaxies vont-elles se heurter frontalement ou bien s'effleurer, puis tourner l'une autour de l'autre pendant plusieurs milliards d'années jusqu'à la fusion totale ? Vu les mouvements relatifs des deux galaxies, la collision ne devrait pas être frontale, explique l'astrophysicien, et compte tenu des distances entre elles, elle devrait se produire dans 3 milliards d'années". De quoi voir venir... "Notre animation montre la façon dont les deux galaxies vont interagir. Pour cela, nous avons réalisé un modèle tenant compte de leurs caractéristiques : orientation de leur axe de rotation, distance, vitesses relatives et masses respectives. La Voie lactée contient environ 400 milliards d'étoiles, le tout dans un disque de 100.000 a.-l., tandis qu'Andromède est deux fois et demie plus lourde. Nous avons transposé ces grandeurs à un ensemble de 300 millions de particules virtuelles représentant les constituants des galaxies (étoiles, nuages de gaz et matière sombre), auxquelles nous avons appliqué les équations de la gravitation et de la dynamique des galaxies". Après 10 jours de calculs sur l'un des ordinateurs les plus puissants au monde, "Blue Horizon de l'université de San Diego, le modèle a permis d'obtenir les somptueuses images. Elles représentent le déroulement de la rencontre sur 2,5 milliards d'années. Et montrent qu'après 1,5 milliard d'années de ballet cosmique, où les galaxies vont littéralement se démembrer l'une l'autre sous l'effet des gigantesques forces gravitationnelles en jeu, leurs cours devraient fusionner presque totalement pour former une nouvelle galaxie.