Cette illustration montre la compréhension actuelle des astronomes de la structure à grande échelle de la Voie lactée. Les étoiles et les régions de formation d’étoiles sont en grande partie regroupées en bras spiraux. Mesurer la forme, la taille et le nombre de bras spiraux est un défi car la Terre est située à l’intérieur de la galaxie. Crédit : NASA/JPL-Caltech
La fonctionnalité récemment découverte offre un aperçu de la structure à grande échelle de notre galaxie, qui est difficile à étudier à partir de la position de la Terre à l’intérieur.
Les scientifiques ont repéré une caractéristique auparavant non reconnue de notre voie Lactée galaxie : Un contingent de jeunes étoiles et de nuages de gaz en formation d’étoiles sort de l’un des bras spiraux de la Voie lactée comme un éclat sortant d’une planche de bois. S’étendant sur quelque 3 000 années-lumière, c’est la première structure majeure identifiée avec une orientation si radicalement différente de celle du bras.
Les astronomes ont une idée approximative de la taille et de la forme des bras de la Voie lactée, mais beaucoup de choses restent inconnues : ils ne peuvent pas voir la structure complète de notre galaxie d’origine parce que la Terre est à l’intérieur. C’est comme se tenir au milieu de Times Square et essayer de dessiner une carte de l’île de Manhattan. Pourriez-vous mesurer les distances avec suffisamment de précision pour savoir si deux bâtiments se trouvaient dans le même pâté de maisons ou à quelques rues l’un de l’autre ? Et comment pourriez-vous espérer voir jusqu’à la pointe de l’île avec tant de choses sur votre chemin ?
Le concept de cet artiste illustre la nouvelle vision de la Voie lactée, ainsi que d’autres découvertes présentées lors de la 212e réunion de l’American Astronomical Society à St. Louis, Missouri. Les deux principaux bras de la galaxie (Scutum-Centaurus et Perseus) peuvent être vus attachés aux extrémités d’une épaisse barre centrale, tandis que les deux bras mineurs désormais rétrogradés (Norma et Sagittaire) sont moins distincts et situés entre les bras majeurs. Les bras principaux se composent des densités les plus élevées d’étoiles jeunes et vieilles ; les bras mineurs sont principalement remplis de gaz et de poches d’activité de formation d’étoiles. Le concept de l’artiste comprend également un nouveau bras spiral, appelé « bras Far-3 kiloparsec », découvert grâce à un relevé radiotélescope des gaz dans la Voie lactée. Ce bras est plus court que les deux bras principaux et se situe le long de la barre de la galaxie. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Pour en savoir plus, les auteurs de la nouvelle étude se sont concentrés sur une partie voisine de l’un des bras de la galaxie, appelée le bras du Sagittaire. À l’aide du télescope spatial Spitzer de la NASA avant sa retraite en janvier 2020, ils ont recherché des étoiles nouveau-nées, nichées dans les nuages de gaz et de poussière (appelés nébuleuses) où elles se forment. Spitzer détecte la lumière infrarouge qui peut pénétrer dans ces nuages, tandis que la lumière visible (le genre que les yeux humains peuvent voir) est bloquée.
On pense que les jeunes étoiles et les nébuleuses s’alignent étroitement avec la forme des bras dans lesquels elles résident. Pour obtenir une vue 3D du segment du bras, les scientifiques ont utilisé les dernières données de la mission Gaia de l’ESA (Agence spatiale européenne) pour mesurer la précision distances aux étoiles. Les données combinées ont révélé que la structure longue et mince associée au bras du Sagittaire est constituée de jeunes étoiles se déplaçant à presque la même vitesse et dans la même direction à travers l’espace.
Un contingent d’étoiles et de nuages en formation d’étoiles a été trouvé en saillie du bras du Sagittaire de la Voie lactée. L’encart montre la taille de la structure et la distance du Soleil. Crédit : NASA/JPL-Caltech
“Une propriété clé des bras spiraux est la force avec laquelle ils s’enroulent autour d’une galaxie”, a déclaré Michael Kuhn, astrophysicien à Caltech et auteur principal du nouvel article. Cette caractéristique est mesurée par l’angle d’inclinaison du bras. Un cercle a un angle de pas de 0 degrés, et à mesure que la spirale s’ouvre, l’angle de pas augmente. “La plupart des modèles de la Voie lactée suggèrent que le bras du Sagittaire forme une spirale qui a un angle de tangage d’environ 12 degrés, mais la structure que nous avons examinée se démarque vraiment à un angle de près de 60 degrés.”
Des structures similaires – parfois appelées éperons ou plumes – se trouvent couramment sur les bras d’autres galaxies spirales. Pendant des décennies, les scientifiques se sont demandé si les bras spiraux de notre Voie lactée étaient également parsemés de ces structures ou s’ils étaient relativement lisses.
Mesurer la Voie Lactée
La caractéristique nouvellement découverte contient quatre nébuleuses connues pour leur beauté à couper le souffle : la nébuleuse de l’Aigle (qui contient les piliers de la création), la nébuleuse Oméga, la nébuleuse Trifide et la nébuleuse de la lagune. Dans les années 1950, une équipe d’astronomes a effectué des mesures approximatives de la distance de certaines des étoiles de ces nébuleuses et a pu déduire l’existence du bras du Sagittaire. Leurs travaux ont fourni certaines des premières preuves de la structure en spirale de notre galaxie.
“Les distances sont parmi les choses les plus difficiles à mesurer en astronomie”, a déclaré le co-auteur Alberto Krone-Martins, astrophysicien et maître de conférences en informatique à l’Université de Californie à Irvine et membre du Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC) . « Ce ne sont que les récentes mesures de distance directes de Gaia qui rendent la géométrie de cette nouvelle structure si apparente. »
On voit ici les nébuleuses de l’Aigle, de l’Omega, du Triffid et de la Lagune, photographiées par le télescope spatial infrarouge Spitzer de la NASA. Ces nébuleuses font partie d’une structure au sein du bras du Sagittaire de la Voie lactée qui sort du bras à un angle dramatique. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Dans la nouvelle étude, les chercheurs se sont également appuyés sur un catalogue de plus de cent mille étoiles nouveau-nées découvertes par Spitzer dans une étude de la galaxie appelée Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire (GLIMPSE).
“Lorsque nous rassemblons les données Gaia et Spitzer et voyons enfin cette carte détaillée en trois dimensions, nous pouvons voir qu’il y a un peu de complexité dans cette région qui n’était tout simplement pas apparente auparavant”, a déclaré Kuhn.
Les astronomes ne comprennent pas encore complètement ce qui provoque la formation de bras spiraux dans des galaxies comme la nôtre. Même si nous ne pouvons pas voir la structure complète de la Voie lactée, la capacité de mesurer le mouvement des étoiles individuelles est utile pour comprendre ce phénomène : les étoiles de la structure nouvellement découverte se sont probablement formées à peu près au même moment, dans la même zone générale, et étaient uniquement influencés par les forces agissant dans la galaxie, y compris la gravité et le cisaillement dus à la rotation de la galaxie.
“En fin de compte, cela nous rappelle qu’il existe de nombreuses incertitudes concernant la structure à grande échelle de la Voie lactée, et nous devons examiner les détails si nous voulons comprendre cette image plus large”, a déclaré l’un des co-auteurs de l’article, Robert Benjamin, astrophysicien à l’Université du Wisconsin-Whitewater et chercheur principal de l’enquête GLIMPSE. “Cette structure est un petit morceau de la Voie lactée, mais elle pourrait nous dire quelque chose d’important sur la Galaxie dans son ensemble.”
Référence : « A high pitch angle structure in the Sagittarius Arm » par MA Kuhn1, RA Benjamin, C. Zucker, A. Krone-Martins, RS de Souza, A. Castro-Ginard, EEO Ishida, MS Povich9 et LA Hillenbrand pour le Collaboration COIN, 21 juillet 2021, Astronomie & Astrophysique.
DOI : 10.1051/0004-6361/202141198
