C'est un problème de complexité galactique, mais les chercheurs se rapprochent de la mesure précise de la masse de la Voie lactée.

Dans le dernier d'une série d'articles qui pourraient avoir des implications plus larges pour le domaine de l'astronomie, L'astrophysicienne de McMaster Gwendolyn Eadie, travaillant avec son directeur de thèse William Harris et avec un statisticien de l'Université Queen's, Aaron Springford, a affiné la méthode d'Eadie et Harris pour mesurer la masse de la galaxie qui abrite notre système solaire.

La réponse courte, en utilisant la méthode raffinée, est entre 4,0 X 10 ¹¹ et 5,8 X 10 ¹¹ masses solaires. En termes plus simples, c'est à peu près la masse de notre Soleil, multiplié par 400 à 580 milliards. Le soleil, pour mémoire, a une masse de deux nonillions (c'est 2 suivis de 30 zéros) kilogrammes, ou 330, 000 fois la masse de la Terre. Cette estimation de la masse galactique comprend la matière jusqu'à 125 kiloparsecs du centre de la Galaxie (125 kiloparsecs correspondent à presque 4 X 10 ¹⁸ kilomètres). Lorsque l'estimation de masse est étendue à 300kpc, la masse est d'environ 9 X 10 ¹¹ masses solaires.

Mesurer la masse de notre galaxie natale, ou n'importe quelle galaxie, est particulièrement difficile. Une galaxie ne comprend pas seulement des étoiles, planètes, lunes, des gaz, poussière et autres objets et matériaux, mais aussi une grande dose de matière noire, une forme de matière mystérieuse et invisible qui n'est pas encore entièrement comprise et n'a pas été directement détectée en laboratoire. Astronomes et cosmologistes, cependant, peut déduire la présence de matière noire par son influence gravitationnelle sur les objets visibles.

Eadie, un candidat au doctorat en physique et astronomie à l'Université McMaster, étudie la masse de la Voie lactée et sa composante de matière noire depuis qu'elle a commencé ses études supérieures. Elle utilise les vitesses et les positions des amas d'étoiles globulaires en orbite autour de la Voie lactée. Les orbites des amas globulaires sont déterminées par la gravité de la galaxie, qui est dicté par sa composante massive de matière noire.

Précédemment, Eadie avait développé une technique pour utiliser les vitesses des amas globulaires (GC), même lorsque les données étaient incomplètes.

La vitesse totale d'un GC doit être mesurée dans deux directions :une le long de notre ligne de mire, et un à travers le plan du ciel, appelé le mouvement propre. Les chercheurs n'ont pas encore mesuré les mouvements propres de tous les GC autour de la Voie lactée. Eadie, cependant, avait auparavant développé un moyen d'utiliser ces vitesses qui ne sont que partiellement connues, en plus des vitesses qui sont parfaitement connues, pour estimer la masse de la galaxie.

Maintenant, Eadie a utilisé une méthode statistique appelée analyse bayésienne hiérarchique qui comprend non seulement des données complètes et incomplètes, mais intègre également les incertitudes de mesure dans une formule statistique extrêmement complexe mais plus complète. Pour effectuer le calcul le plus récent, les auteurs ont pris en compte que les données ne sont que des mesures des positions et des vitesses des amas globulaires et pas nécessairement les vraies valeurs. Ils traitent désormais les vraies positions et vitesses comme des paramètres dans le modèle (ce qui impliquait d'ajouter 572 nouveaux paramètres à la méthode existante).

Les méthodes statistiques bayésiennes ne sont pas nouvelles, mais leur application à l'astronomie n'en est qu'à ses débuts, et Eadie pense que leur capacité à gérer l'incertitude tout en produisant des résultats significatifs ouvre de nombreuses nouvelles opportunités dans le domaine.

"A l'approche de l'ère du Big Data, Je pense qu'il est important que nous réfléchissions soigneusement aux méthodes statistiques que nous utilisons dans l'analyse des données, surtout en astronomie, lorsque les données peuvent être incomplètes et présenter des degrés d'incertitude variables, " elle dit.

Les hiérarchies bayésiennes ont été utiles dans d'autres domaines mais commencent tout juste à être appliquées en astronomie, Eadie a expliqué.