Carte du ciel tracée à partir des 1,8 milliard d’étoiles issues du relevé EDR3 du satellite Gaia. © ESA, Gaia, DPAC
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Le bras galactique contenant la Terre serait deux fois plus vaste que prévu

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[EN VIDÉO] Galaxie : où se trouve la Terre dans la Voie lactée ?  Le satellite Gaia a cartographié plus d’un milliard d’étoiles. Grâce à ces données, cette vidéo de l'ESA nous transporte jusque dans notre quartier résidentiel au sein de la galaxie, à la découverte de quelque 600.000 étoiles qui nous entourent. Les plus brillantes et connues depuis le sol terrestre, telles Sirius, Betelgeuse, Véga, Aldébaran…, ont leur nom marqué. Le voyage se termine par un plongeon vers le Soleil (Sol), petite étoile à plus de 26.000 années-lumière du centre de la Voie lactée. 

Alors que les débats relatifs à la structure prise par les bras spiraux de la Voie lactée persistent depuis près d'un siècle, le satellite Gaia remet en question nos modèles élémentaires en étalant ses dernières observations.

Encore aujourd'hui, la véritable apparence de notre Galaxie nous échappe, car la quête aux indices observationnels demeure ténue, même avec les télescopes dernier cri. 

Voir la Voie lactée... un autoportrait sans miroir

Les astronomes sont confrontés à plusieurs contraintes naturelles difficilement surmontables. En effet, notre localisation au sein même de la Voie lactée (dans le plan médian de la galaxie, loin du centre) nous empêche de distinguer ses structures. De plus, la présence d'épais nuages sombres dans le disque galactique entrave la lumière des étoiles pour parvenir jusqu'à nous. En outre, les étoiles appartenant aux bras spiraux voisins sont si éloignées que même la plus proche nous est distante de plus de 4.000 années-lumière. Par conséquent, l'ambition de tracer une visualisation fidèle et complète de notre spirale de gaz et de poussière semble loin d'être concrétisable.

Les chercheurs misent alors sur le développement de modèles galactiques. Basés sur la mesure de distance aux sources et confrontés en parallèle aux observations, ils permettent de remonter à l'allure de la Voie lactée et de démêler son brouhaha galactique. 

Vue d’artiste de la Voie lactée. On repère les bras spiraux grâce à l’angle ϕ, nommé longitude galactique, définie par rapport au centre de la galaxie, la divisant en quatre quadrants indiqués en chiffre romain. Notre Système solaire se situe dans une ramification des bras spiraux appelée bras local. Le plan du disque galactique est muni d’un repère spatial (X,Y) centré sur la position du Soleil. © Zheng & Reid, BeSSeL, NJU, CFA

Fin 2020, les spécialistes du domaine ont dressé une synthèse de toutes les informations (directes et indirectes) appréhendées depuis soixante-cinq ans au sujet de la morphologie et de la dynamique de notre Galaxie. ​​Ils avancent qu'elle se compose de quatre bras spiraux principaux, s'articulant autour d'une concentration lumineuse en forme de barre. À l'embranchement des bras Perseus et Sagittarius-Carina, se distingue une extension mineure appelée bras local (ou encore bras d'Orion) où se niche le Système solaire.

Gaia corrige nos attentes sur l’ampleur des bras spiraux  

L'équipe d'Eloisa Poggio a recouru au troisième catalogue Gaia pour sonder la répartition des étoiles de type OB et la confronter à la dispersion des jeunes Céphéides dans le disque galactique. Cette distribution a ainsi mis en évidence une géométrie bien différente de celle issue des modèles de référence.

Distribution spatiale de la densité de jeunes étoiles, exprimée en parsecs, par rapport à la position du Soleil (rond blanc). On distingue trois bandes rouges coïncidant avec la position de trois des célèbres bras spiraux de la Voie lactée (intervalle de confiance au-delà de 3σ). Les croix noires correspondent aux Céphéides et en vert le centre galactique. L’arc indiqué par des traits traduit le modèle de Levine et al. (2006) pour le bras Perseus, confronté au modèle de Reid et al. (2019) en lignes continues. © Poggio et al., A&A

L'étude publiée au printemps 2021 démontre qu'en réalité le bras Perseus suit davantage une tout autre configuration, celle proposée par Levine et al. (2006). La disposition des Céphéides semble raisonnablement suivre et prolonger à grande échelle la région de surdensité des étoiles de type OB. Le second résultat, plus surprenant encore, est que le bras local paraît s'étendre jusqu'au quadrant galactique III, soit bien au-delà de l'étendue couramment délimitée. Sa longueur serait alors deux fois plus importante que ce qui était admis auparavant, comparable à la distance Soleil-centre galactique. Ces deux constats se sont vus confortés d'autant qu'ils apportent un éclaircissement au grand vide énigmatique logé au sein du bras Perseus.

« Au regard de nos cartes, ce vide s'expliquerait plus naturellement comme étant simplement la région inter-bras entre Perseus, tel que tracé par Levine et al., et le bras local s'étendant dans le quadrant III », ont conclu les auteurs de l'article. Les prochains relevés de Gaia permettront d'utiliser des astres ayant des éclats plus faibles, dans des zones plus reculées de notre Galaxie, pour dresser de nouvelles cartographies d'une résolution époustouflante.

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