Les astronomes ont saisi la fusion de multiples galaxies massives  il y a 4 milliards d'années. Cette découverte, rendue possible en combinant la puissance des meilleurs télescopes  terrestres et spatiaux,  confirme de façon exceptionnelle la théorie la mieux admise  sur  la formation des galaxies.

Comment les galaxies se forment-elles? La réponse à cette question fondamentale la plus communément  admise est  la théorie de la  « formation hiérarchisée », un processus dans lequel de petites galaxies en ont construit des plus grandes en fusionnant. On peut  penser à des galaxies qui se forment  comme à des ruisseaux  confluant pour former des rivières, et  à ces rivières,  à leur tour, qui se joignent  pour former une rivière encore plus large. Ce modèle théorique prédit que les grandes galaxies grandissent  par  de nombreuses  fusions au cours de leur vie. Mais à quel moment leur croissance  finira-t-elle sa course dans le cosmos? A quel moment les plus grosses galaxies atteindront-elles leur taille maximale?  

Pour répondre à ces questions, les astronomes étudient les grosses galaxies  en amas, l'équivalent  de villes  dans le cosmos, remplies par des galaxies.  Le fait que les plus brillantes galaxies en amas aient grandi de façon substantielle au cours des quelques dernières milliards d'années est débattu intensément. Nos observations montrent qu'en ce temps-là, ces galaxies ont accru leur  masse de 50%.

Les astronomes ont utilisé un grand ensemble de télescopes et d'instruments, y compris le  Very Large Telescope (VLT) de ESO et le télescope spatial Hubble, afin d'étudier dans le détail des galaxies situées à quatre  milliards d'années-lumière d'ici. Ces galaxies se trouvent dans un système extraordinaire composé de quatre groupes de galaxies qui formeront un amas.

En particulier, l'équipe a pris des images avec VIMOS et des spectres avec FORS2, tous deux des instruments du VLT. A partir de ces observations et d'autres, les astronomes ont pu identifier un total de 198 galaxies appartenant à ces quatre groupes.

Les galaxies les plus brillantes dans chaque groupe contiennent entre 100 et 1000 milliards d'étoiles, une possession qui les rend comparables aux plus grosses galaxies appartenant aux amas.

Le plus surprenant est que dans trois de ces quatre groupes, la plus brillante galaxie possède également une autre galaxie brillante. Ces paires de galaxies sont des systèmes fusionnels. 

La plus brillante galaxie dans chaque groupe peut être rangée dans une séquence temporelle qui montre comment des galaxies lumineuses continuent de grandir en fusionnant jusqu'à maintenant, c'est  à dire depuis les 5 derniers  milliards d'années. Il apparaît que, compte tenu de l'épisode le plus récent de ce  «cannibalisme galactique», les plus brillantes galaxies soient devenues plus  massives d'au moins 50%.  

Cette découverte fournit l'unique et forte preuve  de la formation hiérarchique telle qu'elle se manifeste à la fois dans une galaxie et dans un amas.

Les étoiles dans ces galaxies sont déjà vieilles et donc, nous devons en conclure que la fusion récente n'a pas produit une nouvelle génération d'étoiles. La plupart des étoiles dans ces galaxies sont nées il y a au moins 7 milliards d'années.

L'équipe est composée de Kim-Vy H. Tran (Institut de Physique Théorique, Université de Zürich, Suisse), John Moustakas (Université de New York, USA), Anthony H. Gonzalez et Stefan J. Kautsch (Université de Floride, Gainesville, USA), et Lei Bai et Dennis Zaritsky (Observatoire  Steward, Université d'Arizona, USA). Les résultats présentés ici sont publiés dans  Astrophysical  Journal  Letters:  The Late Stellar Assembly of Cluster Galaxies Via Major Merging  (Le dernier  groupement stellaire de gros amas de galaxies  par  fusion majeure), par Tran et son équipe.