Représentation artistique de notre galaxie Voie lactée entourée de dizaines de courants stellaires. Ces courants étaient les compagnons des galaxies satellites ou des amas globulaires qui sont maintenant déchirés par la gravité de notre galaxie. Crédit : James Josephides et Collaboration S5
Les astronomes ont fait un pas de plus vers la révélation des propriétés de la matière noire enveloppant notre galaxie. Voie lactée galaxie, grâce à une nouvelle carte de douze courants d’étoiles en orbite dans notre halo galactique.
La compréhension de ces courants d’étoiles est très importante pour les astronomes. Ils révèlent non seulement la matière noire qui maintient les étoiles sur leurs orbites, mais aussi l’histoire de la formation de la Voie lactée, qui s’est développée régulièrement pendant des milliards d’années en déchiquetant et en consommant des systèmes stellaires plus petits.
Un film montrant la position 3D des étoiles individuelles dans la douzaine de courants observés par S5. Les couleurs des points individuels sont en fonction de la vitesse 3D de l’étoile. Crédit : Sergey Koposov, Collaboration S5
“Nous constatons que ces courants sont perturbés par l’attraction gravitationnelle de la Voie lactée, et finissent par faire partie de la Voie lactée. Cette étude nous donne un aperçu des habitudes alimentaires de la Voie lactée, notamment les types de petits systèmes stellaires qu’elle “mange”. À mesure que notre galaxie vieillit, elle grossit”, a déclaré Ting Li, professeur à l’université de Toronto et principal auteur de l’article.
Le professeur Li et son équipe internationale de collaborateurs ont lancé un programme dédié – le Southern Stellar Stream Spectroscopic Survey (S5) – pour mesurer les propriétés des courants stellaires : les restes déchiquetés des petites galaxies et des amas d’étoiles voisins qui sont déchirés par notre propre Voie lactée.
Impression d’artiste de douze courants stellaires observés par S5, vus du Pôle Sud Galactique. Crédit : Geraint F. Lewis, Collaboration S5
Li et son équipe sont le premier groupe de scientifiques à étudier une collection aussi riche de courants stellaires, en mesurant la vitesse des étoiles à l’aide de l’Anglo-Australian Telescope (AAT), un télescope optique de 4 mètres situé en Australie. Li et son équipe ont utilisé le décalage Doppler de la lumière – la même propriété que celle utilisée par les radars pour repérer les conducteurs en excès de vitesse – pour déterminer la vitesse de déplacement des étoiles individuelles.
Contrairement aux études précédentes qui se sont concentrées sur un seul flux à la fois, “S5 est dédié à la mesure d’autant de flux que possible, ce que nous pouvons faire très efficacement avec les capacités uniques de l’AAT”, commente le co-auteur, le professeur Daniel Zucker de l’Université Macquarie.
Emplacement des étoiles dans la douzaine de courants vus à travers le ciel. L’arrière-plan montre les étoiles de notre Voie lactée à partir de la mission Gaia de l’Agence spatiale européenne. L’AAT étant un télescope de l’hémisphère sud, seuls les courants dans le ciel austral sont observés par S5. Crédit : Ting Li, Collaboration S5 et Agence spatiale européenne
Les propriétés des courants stellaires révèlent la présence de la matière noire invisible de la Voie lactée. “Pensez à un arbre de Noël”, explique le co-auteur, le professeur Geraint F. Lewis de l’Université de Sydney. “Par une nuit sombre, nous voyons les lumières de Noël, mais pas l’arbre autour duquel elles sont enroulées. Mais la forme des lumières révèle la forme de l’arbre”, a-t-il ajouté. “C’est la même chose avec les flux stellaires – leurs orbites révèlent la matière noire”.
En plus de mesurer leur vitesse, les astronomes peuvent utiliser ces observations pour déterminer la composition chimique des étoiles, ce qui nous indique où elles sont nées. “Les courants stellaires peuvent provenir de galaxies ou d’amas d’étoiles perturbés”, explique le professeur Alex Ji, de l’Institut de recherche de l’Université du Michigan. Université de Chicago, co-auteur de l’étude. “Ces deux types de flux apportent un éclairage différent sur la nature de la matière noire”.
La perturbation par marée de dix amas globulaires dans la Voie lactée pendant 8 milliards d’années. Les particules rouges montrent la matière noire de la Voie lactée simulée et les particules vertes montrent les amas globulaires perturbateurs. Les étoiles de l’amas globulaire perturbateur forment de longs courants stellaires qui suivent l’orbite. Les astronomes utilisent ces courants pour mesurer la distribution de la masse et la densité de la matière noire dans la Voie lactée, ainsi que l’histoire de l’accrétion de notre galaxie. Crédit : Denis Erkal, Collaboration S5
Selon le Professeur Li, ces nouvelles observations sont essentielles pourdéterminer comment notre Voie lactée a surgi de l’univers sans caractéristiques après le Big Bang. “Pour moi, c’est l’une des questions les plus intrigantes, une question sur nos origines ultimes”, a déclaré Li. “C’est la raison pour laquelle nous avons fondé le S5 et construit une collaboration internationale pour y répondre”.
Un ingrédient crucial pour le succès de S5 a été les observations de la mission spatiale européenne Gaia. “Gaia nous a fourni des mesures exquises des positions et des mouvements des étoiles, essentielles pour identifier les membres des courants stellaires”, explique Sergey Koposov, lecteur en astronomie observationnelle à l’Université d’Édimbourg et co-auteur de l’étude.
Un amas globulaire a ainsi été déchiré par un courant de marée pendant 8 milliards d’années. Les particules rouges montrent la matière noire d’une grande galaxie et les particules vertes montrent un amas globulaire en train de se disloquer. Les étoiles proches du progéniteur forment une forme caractéristique en “S” en raison de l’influence gravitationnelle de l’amas globulaire. Crédit : Denis Erkal, Collaboration S5
L’équipe de Li prévoit de produire d’autres mesures sur les courants stellaires dans la Voie lactée. En attendant, elle est satisfaite de ces résultats qui constituent un point de départ. “Au cours de la prochaine décennie, il y aura beaucoup d’études consacrées aux courants stellaires”, déclare Li. “Nous sommes des pionniers et des éclaireurs dans ce voyage. Cela va être très excitant !”
Les résultats ont été acceptés pour publication dans la revue de la Société Américaine d’Astronomie. Astrophysical Journal.
Référence : “S5 : The Orbital and Chemical Properties of One Dozen Stellar Streams” par Ting S. Li, Alexander P. Ji, Andrew B. Pace, Denis Erkal, Sergey E. Koposov, Nora Shipp, Gary S. Da Costa, Lara R. Cullinane, Kyler Kuehn, Geraint F. Lewis, Dougal Mackey, Jeffrey D. Simpson, Daniel B. Zucker, Peter S. Ferguson, Sarah L. Martell, Joss Bland-Hawthorn, Eduardo Balbinot, Kiyan Tavangar, Alex Drlica-Wagner, Gayandhi M. De Silva, Joshua D. Simon, Collaboration S5, Accepté, Astrophysical Journal.
arXiv:2110.06950
