Une vue d'artiste du satellite Gaia étudiant la Voie lactée. © Esa

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La Voie lactée résonne encore d'une rencontre galactique

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Les implications des données collectées par Gaia concernant les positions et mouvements de plus d'un milliard d'étoiles commencent à se faire jour. Six millions d'étoiles au moins garderaient en mémoire la perturbation gravitationnelle causée par le passage rapproché de la galaxie naine du Sagittaire il y a entre 300 et 900 millions d'années.

L'étude des orbites des planètes, astéroïdes et comètes dans le Système solaire est riche d'enseignements et de contraintes pour sa cosmogonie et la reconstruction de son évolution. On peut s'en servir pour découvrir des traces de migrations planétaires ou celles de l'influence gravitationnelle d'étoiles qui seraient passées tout près du Système solaire. Ce fut peut-être le cas il y a 70.000 ans, avec une petite étoile binaire baptisée étoile de Scholz qui serait passée à 0,8 voire 0,6 année-lumière du Soleil. Elle aurait donc pénétré dans le nuage de Oort, le fameux réservoir cométaire, perturbant les trajectoires de certaines comètes.

Les astronomes veulent jouer à ce même jeu avec les étoiles de la Voie lactée, raison d'être de la spectaculaire mission d'astrométrie du satellite Gaia de l'ESA. Son travail est l'archéologie galactique en scrutant les caractéristiques des orbites de millions d'étoiles, et même beaucoup plus. Il s'y trouve, notamment, les traces de petites galaxies naines avalées par la nôtre, ou qui ont perturbé le mouvement des étoiles (au moins 200 milliards) et du gaz autour d'un bulbe central.

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. © ESA

Une rencontre avec la galaxie du Sagittaire il y a 500 millions d'années ?

Ces galaxies naines en déplacement pourraient avoir laissé des traces. Ce pourrait être des sortes de vagues analogues à celles produites par la chute d'un caillou dans une mare. Ces grands objets pourraient aussi, par interactions gravitationnelles, avoir des vagues préexistantes.

Les premières données de Gaia sont depuis quelque temps entre les mains des astronomes et les analyses commencent à livrer les résultats qui étaient plus ou moins attendus. On en voit actuellement une illustration avec un article publié dans Nature, dont une version en accès libre peut être consultée sur arXiv, et qui provient du travail d'une équipe internationale impliquant des chercheurs du Gepi (Observatoire de Paris, CNRS, université PSL), de l'Ipag (CNRS, OSUG, université Joseph-Fourier à Grenoble), de l'Institut Utinam (CNRS, OSU THETA et université Bourgogne-Franche-Comté) et du LAB (CNRS, université de Bordeaux).

Pour extraire de l'information des mesures des positions et des vitesses des étoiles dans la Voie lactée, les chercheurs ont utilisé une technique bien connue en mécanique analytique et en mécanique céleste quand on cherche à analyser des mouvements avec un grand nombre de corps. Technique qui a produit aussi des résultats dans l'étude des phénomènes liés au chaos. On considère un espace abstrait avec des axes portant les positions et les vitesses d'une sorte de gaz de particules et que l'on appelle l'espace des phases. Des structures géométriques, invisibles en considérant seulement les positions des orbites et les trajectoires des corps considérés sans faire intervenir leurs vitesses, peuvent alors émergées.

Cours de Françoise Combes « Dynamique des galaxies : spirales et barres, interactions et fusions », 15 janvier 2018. © Collège de France

Dans le cas présent, les mouvements de plus de six millions d'étoiles dans la Voie lactée ont été représentés dans l'espace des phases et, comme le montre une animation sur le site de l’ESA, une intrigante forme spirale est apparue. Il ne faut pas y voir une forme réelle, mais elle indique que des populations d'étoiles orbitent selon des motifs décalés, dans le temps et l'espace, les uns par rapport aux autres.

On peut rendre compte de cette forme grâce à des simulations numériques reproduisant le passage rapproché d'une galaxie naine non loin de la Voie lactée, mais sans fusion avec elle. Cet évènement, spectaculaire pour une ancienne civilisation E.T. ayant peut-être existé il y a longtemps, se serait produit il y a entre 300 et 900 millions d'années.

Nous avons des raisons de penser que la galaxie naine en question ne serait autre que la galaxie naine du Sagittaire. Nous supposons un tel passage depuis longtemps, ses effets ayant déjà été étudiés il y a quelques années. Il se pourrait même que la galaxie du Sagittaire soit passée au moins une fois à travers le disque de la Voie lactée.

  • Les données astrométriques collectées par le satellite Gaia de l'ESA concernant les positions et les mouvements de plus d'un milliard d'étoiles dans la Voie lactée sont en cours d'analyse et les premiers résultats commencent à sortir.
  • Six millions d'étoiles au moins gardent la mémoire dans leurs orbites de l'influence gravitationnelle récente d'une galaxie qui se serait fortement rapprochée de la Voie lactée.
  • Il pourrait s'agir de la galaxie naine du Sagittaire.
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