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Le voile se lève sur la jeunesse de la Voie lactée

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Xavier Demeersman, Futura-Sciences

Une équipe de chercheurs qui a traqué les géantes rouges sur 50.000 années-lumière à travers la Voie lactée, du centre jusqu’à sa périphérie, a déterminé leur distribution selon leur âge. Résultat : un aperçu de la croissance de notre Galaxie depuis son enfance.

Sondant la Voie lactée dans l’infrarouge, Apogee a permis d’étudier entre 2011 et 2014 plus de 100.000 géantes rouges afin de mieux connaitre la dynamique, la structure et les abondances chimiques de notre Galaxie au cours de son Histoire. Les observations contribuent à tester les modèles de formation galactique et à traquer la matière noire. © Apogee, SDSS

À l'occasion des 227e rencontres de l'American Astronomical Society (AAS) qui se sont déroulées entre le 4 et le 8 janvier 2016 à Kissimmee en Floride, une équipe de chercheurs dirigée par Melissa Ness du département d'astronomie de l'institut Max Planck, à Heidelberg (Allemagne), a présenté une carte très détaillée de la distribution d'étoiles, selon leurs âges, au sein d'une portion de notre Galaxie.

Réalisée dans le cadre d'Apogee (Apache Point Observatory Galaxy Evolution Experiment), une des enquêtes du vaste programme SDSS (Sloan Digital Sky Survey), le sondage embrasse quasiment la moitié du disque de la Voie lactée, dont le diamètre est estimé à 100.000 années-lumière. Pour cette étude visant à comprendre le développement de notre Galaxie spirale depuis ses premiers balbutiements, les spectres de plusieurs milliers d'étoiles furent recueillis dans un rayon de quelque 25.000 années-lumière autour de notre modeste Soleil (situé à environ 25.000 années-lumière du centre où est tapi le trou noir supermassif).

L'échantillon concerne essentiellement des géantes rouges réparties dans la Galaxie, notamment vers son bulbe, centre-ville galactique connu pour concentrer les étoiles les plus âgées (d'où sa couleur qui tire vers l'orangé et le rouge). « Apogee est le sondage idéal pour ce type de recherche car il peut obtenir simultanément des spectres de haute qualité pour 300 étoiles sur une grande partie du ciel, explique dans le communiqué de SDSS, Steve Majewski, de l'université de Virginie et directeur de recherche du programme. Voir autant d'étoiles à la fois signifie qu'il est possible actuellement d'obtenir le spectre de 70.000 géantes rouges avec un seul télescope en quelques années. »

Superposée à une illustration de la Voie lactée – galaxie spirale barrée de 100.000 années-lumière de diamètre –, la distribution des géantes rouges sondées avec Apogee. Les couleurs indiquent l’âge des étoiles. En rouge (surtout au centre) : on observe les plus âgées (jusqu’à 12 milliards d’années), apparues quand la Galaxie était encore jeune et petite. En bleu : les étoiles formées plus récemment. Âgé de 4,6 milliards d’années, le Soleil se trouve, sur ce dessin, entre les couleurs vertes et bleu clair, au niveau du petit point noir. La structure radiaire qui semble l'entourer est un artefact, créé par les lignes de visée du sondage Apogee et des observations de Kepler. © G. Stinson, MPIA

Les étoiles âgées sont près du centre

Cependant, ces informations ne suffisent pas pour déterminer avec le plus de précision possible l'âge de ces étoiles qui vont servir d'étalon. Pour ce faire, les chercheurs ont recoupé ces données avec celles de Kepler qui, depuis 2009, cherchant les exoplanètes et s'adonnant à l'astérosismologie, a enregistré la courbe de lumière de plusieurs dizaines de milliers d'étoiles. Avec l'âge, celles-ci arborent des pulsations caractéristiques qui changent leur luminosité et sont détectables par le satellite. C'est une des composantes qui a permis à l'équipe de Marie Martig, de l'institut Max Planck et co-auteure de ces recherches, de développer l'algorithme baptisé le « Cannon » - en l'honneur de l'astronome Annie Jump Cannon -, un outil employé pour cette fouille archéologique dans notre environnement galactique.

La carte obtenue montre que les géantes rouges les plus avancées en âge sont à proximité du centre tandis que dans le disque, on en trouve de plus récentes. Pour les chercheurs, cela traduit une croissance régulière depuis le centre vers le disque en accord avec le modèle standard : « Dans la galaxie que nous connaissons le mieux, la nôtre, on peut lire clairement l'histoire de la formation des galaxies dans un Univers avec de grandes quantités de matière noire froide[Cold Dark Matter ou CDM, NDLR]. Parce que nous pouvons voir tant d'étoiles individuelles dans la Voie lactée, poursuit Melissa Ness, nous pouvons cartographier sa croissance avec des détails sans précédent. »

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