En calculant la distance entre le soleil et des milliers d’étoiles pulsantes à travers la Voie lactée, les astronomes ont maintenant cartographié notre galaxie en 3D à une échelle plus grande que jamais, selon une nouvelle étude.
Ces nouvelles découvertes mettent en lumière la forme déformée et tordue du disque de la galaxie, ajoutent les chercheurs.
La Voie lactée est une galaxie spirale composée d’une région centrale en forme de barre entourée d’un disque plat de gaz, de poussière et d’étoiles d’environ 120 000 années-lumière de large. Notre système solaire est situé à environ 27 000 années-lumière du centre galactique, dans l’un des quatre bras spiraux du disque. Une année-lumière est la distance que parcourt la lumière en un an : environ 10 000 milliards de kilomètres (6 trillions de miles).
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Un phare cosmique
Une grande partie des connaissances actuelles concernant la forme et la structure de la Voie lactée est basée sur les distances entre le soleil et divers repères célestes, informées par extrapolation de ce que les astronomes ont vu dans d’autres galaxies. Cependant, les distances entre le soleil et ces repères sont généralement mesurées indirectement.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont cherché à mesurer directement les distances entre le soleil et un grand échantillon d’étoiles pour aider à construire une carte 3D de la galaxie. Ils se sont concentrés sur un type spécifique d’étoile connu sous le nom de variable Céphéide.
Les Céphéides sont de jeunes étoiles supergéantes qui brûlent jusqu’à des centaines de milliers de fois plus brillantes que le soleil. Comme des phares sur des rivages brumeux, les Céphéides s’éclairent et s’atténuent selon des cycles prévisibles et sont visibles à travers les vastes nuages de poussière interstellaire qui obscurcissent souvent les étoiles plus faibles.
Les céphéides semblent pulser parce que leur gaz se réchauffe et se refroidit, et se dilate et se contracte, selon des schémas très réguliers qui peuvent durer de quelques heures à quelques mois. Le lien bien défini entre la luminosité d’une céphéide et son horaire de pulsation signifie qu’en chronométrant ses pulsations, les astronomes peuvent déduire à quel point une céphéide est intrinsèquement lumineuse.
Après avoir comparé la luminosité intrinsèque d’une céphéide à sa luminosité apparente – c’est-à-dire à quel point elle apparaît depuis la Terre – les astronomes peuvent alors estimer la distance de la céphéide par rapport à notre planète, sachant que les étoiles apparaissent plus faibles à mesure qu’elles sont éloignées de nous. Les scientifiques peuvent déterminer les distances des céphéides avec une précision supérieure à 5 %.
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La Voie lactée : Un endroit tordu et déformé
À l’aide de l’expérience Optical Gravitational Lensing Experiment, qui surveille la luminosité de près de 2 milliards d’étoiles, les scientifiques ont cartographié la distance entre le soleil et plus de 2400 Céphéides à travers la Voie lactée. « Cela a pris six ans, mais cela en valait la peine », a déclaré à Space.com l’auteur principal de l’étude, Dorota Skowron, astrophysicienne à l’université de Varsovie en Pologne.
Ces résultats ont aidé les astronomes à construire une carte 3D à grande échelle de la Voie lactée. Il s’agit de la première carte de ce type basée sur des distances directement mesurées à des milliers de repères célestes à travers la galaxie.
La nouvelle carte a permis de révéler plus de détails sur les distorsions que les astronomes avaient précédemment détectées dans la forme de la Voie lactée. Plus précisément, le disque de la galaxie n’est pas plat à des distances supérieures à 25 000 années-lumière du noyau galactique, mais déformé. Cette déformation a potentiellement été causée par les interactions de la galaxie avec les galaxies satellites, le gaz intergalactique ou la matière noire.
« Le gauchissement du disque galactique a déjà été détecté auparavant, mais c’est la première fois que nous pouvons utiliser des objets individuels pour tracer sa forme en trois dimensions », a déclaré dans un communiqué le coauteur de l’étude, Przemek Mróz, de l’Université de Varsovie.
La quantité de gauchissement que les chercheurs ont vu dans la Voie lactée était étonnamment prononcée, a déclaré Skowron. « Il ne s’agit pas d’un fait statistique accessible uniquement à la compréhension d’un scientifique », a-t-elle déclaré. « Il est apparent à l’œil. »
Les astronomes peuvent déduire l’âge des céphéides en se basant sur leurs modèles de pulsations. Ils ont trouvé des amas de céphéides avec des âges très similaires.
« C’est une indication claire qu’ils ont été créés ensemble », a déclaré Skowron. « Nous pouvons voir de nos propres yeux et au sein de notre propre galaxie que la formation d’étoiles n’est pas constante, mais qu’elle se produit effectivement en rafales. »
Les étoiles pourraient s’être formées en rafales en raison d’une variété de déclencheurs, a déclaré Skowron. Les nuages géants de gaz interstellaire peuvent se fragmenter sous l’effet de leur propre gravité, s’effondrant en poches de formation d’étoiles. Des fusions titanesques entre galaxies ou des vents interstellaires provenant de supernovas catastrophiques peuvent également avoir écrasé des nuages pour en faire des étoiles, a-t-elle expliqué.
Une meilleure carte de la Voie lactée
À l’avenir, les chercheurs prévoient d’affiner leur carte 3D de la Voie lactée en traçant les distances entre le soleil et d’autres étoiles pulsantes connues sous le nom de RR Lyrae. Comme les céphéides, les RR Lyrae pulsent selon des schémas dont les durées sont prévisibles, mais elles existent dans la galaxie depuis bien plus longtemps, a expliqué M. Skowron. Cela aiderait les scientifiques à comprendre comment les parties les plus anciennes de la galaxie ont changé au fil du temps, a-t-elle ajouté.
De meilleures cartes 3D de la Voie lactée peuvent aider les scientifiques à mieux comprendre sa forme. Par exemple, « le nombre des principaux bras spiraux est encore débattu ; également, la gravité de la spirale des bras », a déclaré Skowron.
Une meilleure compréhension de la forme de la galaxie pourrait alors, à son tour, éclairer la façon dont elle a évolué au fil du temps, comme la façon dont les étoiles se déplacent et se propagent à partir de leur lieu de naissance, quelles orbites prennent les étoiles dans la galaxie déformée, et ce qui pourrait exactement avoir déformé la forme de la galaxie en premier lieu, a ajouté Skowron.
Les scientifiques ont détaillé leurs conclusions dans le numéro du 2 août de la revue Science.
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