Le troisième catalogue stellaire de la mission Gaia vient d'être rendu public par l'ESA. En fournissant des mesures encore plus précises des distances, mouvements et spectres des étoiles dans la Voie lactée, il permet de faire de nouvelles révélations sur son histoire passée, son contenu en exoplanètes et aussi sur la forme exacte de l'orbite du Soleil autour du centre de la Voie lactée. Cette orbite trahit maintenant les mouvements du Soleil et de ses planètes par rapport à plus d'un million de quasars à plusieurs milliards d'années-lumière. © ESA
Sciences

Voie lactée : Gaia aurait révélé des bras spiraux fossiles !

ActualitéClassé sous :voie lactée , Gaïa , galaxie naine

-

[EN VIDÉO] Les 20 ans de Futura avec Françoise Combes  2021 c'est l'année des 20 ans de Futura ! À cette grande occasion, nous avons demandé à nos parrains de s'exprimer sur le sujet... Françoise Combes s'est notamment prêtée à l'exercice et nous livre son analyse d'astrophysicienne sur le passé, mais aussi sur les 20 prochaines années. 

Les astronomes continuent d'analyser les données collectées par la mission astrométrique Gaia concernant presque deux milliards d'étoiles dans la Voie lactée. Elles ont révélé de curieuses structures qui pourraient être les restes fossiles d'anciens bras spiraux de notre Galaxie.

La mission Gaia est une mission principalement d'astrométrie, c'est-à-dire dont le but est de mesurer les positions et les vitesses des étoiles dans la Voie lactée aussi précisément que possible. Gaia a établi des records parce qu'elle a fait ces déterminations sur plus d'un milliard d'étoiles dans notre Galaxie. Ces mesures impactent toute l'astronomie et même la cosmologie car ces données servent à estimer les distances et les luminosités des étoiles, ce qui permet par exemple de mieux calibrer les chandelles standards que sont les Cépheides, ces étoiles qui sont cruciales pour calibrer la fameuse loi de Hubble-Lemaître sur laquelle repose toute la cosmologie.

Gaia, c'est également un moyen de mieux connaître la structure de la Voie lactée avec ses bras spiraux, les déformations de son plan galactique ou la présence de courants d'étoiles trahissant des effets de marée arrachant des étoiles à des galaxies naines qui seraient passées trop proches de notre grande Galaxie spirale. Bref, Gaia permet donc de faire de l'archéologie galactique pour plonger dans les strates de l'histoire de notre Voie lactée.

Dans cette édition de Space, nous partons dans les étoiles : les astronomes qui utilisent le télescope spatial européen Gaia ont élaboré un catalogue d'un milliard d'étoiles de la Voie lactée, ouvrant la voie à de nouvelles décennies de découvertes. © European Space Agency, ESA

Les distributions d'étoiles gardent en effet en mémoire des interactions passées entre elles et d'autres concentrations d'étoiles et nul doute que la collision qui est prévue dans quelques milliards d'années avec la galaxie d’Andromède en laissera aussi. On soupçonne d'ailleurs pour cette raison qu'elle s'est déjà plus ou moins produite dans le passé.

Aujourd'hui, une équipe internationale d'astronomes, dirigée par le chercheur Chervin Laporte, de l'Institut des sciences du cosmos de l'Université de Barcelone (ICCUB-IEEC), a utilisé les données de la mission spatiale Gaia pour créer une nouvelle carte du disque externe de la Voie lactée et elle est tombée sur une surprise comme elle l'explique dans un article publié dans le célèbre journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society et que l'on peut trouver en accès libre sur arXiv.

Carte du ciel de la Voie lactée en mouvement à l'aide des données Gaia. Les zones avec un mouvement important sont représentées en noir/violet et celles avec un mouvement relativement faible en jaune. © C. Laporte et al., MNRAS, 2021

Des perturbations gravitationnelles dans un fluide d'étoiles

Les astronomes ont découvert l'existence dans la Voie lactée de nombreuses structures filamenteuses en rotation auparavant inconnues au bord de son disque. Il se trouve que les simulations numériques prédisent la formation de telles structures filamenteuses dans le disque externe à partir d'interactions avec des satellites passés proches de notre Galaxie dans le passé. Mais la quantité de sous-structures révélée par cette carte dressée à partir des mesures disponibles depuis décembre 2020 ne résultait d'aucune des simulations précédentes.

Les astronomes ont émis deux hypothèses pour expliquer ces structures. Dans tous les cas, il s'agit des effets de perturbations gravitationnelles et des forces de marée exercées dans le passé entre notre Voie lactée et des galaxies naines.

Il a ainsi été avancé que ces structures sont les équivalentes des crêtes des anneaux d'une onde se propageant dans une mare dans laquelle on aurait jeté un caillou. Les étoiles dans le potentiel gravitationnel de la Galaxie se comportent en effet comme un fluide auto-gravitant et tout comme dans le cas d'un fluide, des ondes peuvent y être formées selon plusieurs modes d'excitation. On pense d'ailleurs que les bras spiraux des galaxies sont de telles ondes dites de densité dans ce fluide. Sur toutes ces questions et d'autres, on consultera avec profit les cours au Collège de France de Françoise Combes.

Un certain nombre de structures de disques filamenteux à grande échelle sont évidentes autour du plan médian de la Voie lactée comme le montre la carte avec les mêmes codes de couleurs que la précédente ci-dessus également obtenue avec les données de Gaia. La carte montre également les nuages de Magellan connectés par un courant d'étoiles à gauche, tandis que la galaxie naine du Sagittaire, actuellement en train d'être déchirée et avec également un courant de marée, est visible à droite. © C. Laporte et al., MNRAS, 2021

L'autre hypothèse proposée suggère carrément qu'il s'agit de restes de bras spiraux fossiles de la Voie lactée, bras engendrés par les forces de gravité là aussi de galaxies naines passées trop près de son disque. De nos jours, la galaxie naine du Sagittaire qui contient quelques dizaines de millions d'étoiles, est actuellement en train d'être cannibalisée par notre Voie lactée et elle est donc précisément en train de perturber notre Galaxie. On spécule d'ailleurs sur sa possible quasi-collision avec la Voie lactée il y a de cela de 300 à 900 millions d’années.

Comment départager ces deux hypothèses ? Peut-être en utilisant le télescope William Herschel sur les îles Canaries afin d'étudier plus en détail les propriétés des populations stellaires dans chaque sous-structure. Un programme d'observation avec du temps sécurisé pour cet instrument a été accepté et sera mené dans un futur proche.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour. Toutes nos lettres d’information

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !