Les futures trajectoires orbitales de trois galaxies spirales :notre Voie Lactée (bleu), Andromède, également connu sous le nom de M31 (rouge), et Triangle, également connu sous le nom de M33 (vert). Le cercle indique la position actuelle de chaque galaxie, et leurs trajectoires futures ont été calculées à partir des données de la deuxième version de la mission Gaia de l'ESA. La Voie lactée est montrée comme une impression d'artiste, tandis que les images d'Andromède et de Triangle sont basées sur les données de Gaia. Les flèches le long des trajectoires indiquent la direction estimée du mouvement de chaque galaxie et leurs positions, 2,5 milliards d'années dans le futur, tandis que les croix marquent leur position estimée dans environ 4,5 milliards d'années. Dans environ 4,5 milliards d'années, la Voie lactée et Andromède effectueront leur premier passage rapproché l'une autour de l'autre à une distance d'environ 400 000 années-lumière. Les galaxies continueront alors à se rapprocher les unes des autres et finiront par fusionner pour former une galaxie elliptique. L'échelle linéaire de 1 million d'années-lumière fait référence aux trajectoires des galaxies; les images de la galaxie ne sont pas à l'échelle. Crédit :Orbites :E. Patel, G. Besla (Université de l'Arizona), R. van der Marel (STScI); Images :ESA (Voie lactée); ESA/Gaia/DPAC (M31, M33)
Le satellite Gaia de l'ESA a regardé au-delà de notre Galaxie et a exploré deux galaxies proches pour révéler les mouvements stellaires en leur sein et comment elles interagiront un jour et entreront en collision avec la Voie lactée - avec des résultats surprenants.
Notre Voie Lactée appartient à un grand rassemblement de galaxies connu sous le nom de Groupe Local et, ainsi que les galaxies d'Andromède et du Triangle - également appelées M31 et M33, respectivement – constitue la majorité de la masse du groupe.
Les astronomes soupçonnaient depuis longtemps qu'Andromède entrerait un jour en collision avec la Voie lactée, refaçonner complètement notre voisinage cosmique. Cependant, les mouvements tridimensionnels des galaxies du Groupe Local restaient flous, dressant un tableau incertain de l'avenir de la Voie lactée.
"Nous avions besoin d'explorer les mouvements des galaxies en 3D pour découvrir comment elles ont grandi et évolué, et ce qui crée et influence leurs caractéristiques et leur comportement, " déclare l'auteur principal Roeland van der Marel du Space Telescope Science Institute à Baltimore, ETATS-UNIS.
"Nous avons pu le faire en utilisant le deuxième ensemble de données de haute qualité publié par Gaia."
Gaia construit actuellement la carte 3D la plus précise des étoiles de l'Univers voisin, et publie ses données par étapes. Les données de la deuxième version, fait en avril 2018, a été utilisé dans cette recherche.
Des études antérieures du groupe local ont combiné des observations de télescopes, notamment le télescope spatial NASA/ESA Hubble et le Very Long Baseline Array basé au sol, pour comprendre comment les orbites d'Andromède et de Triangulum ont changé au fil du temps. Les deux galaxies spirales en forme de disque sont situées entre 2,5 et 3 millions d'années-lumière de nous, et sont suffisamment proches les uns des autres pour qu'ils puissent interagir.
Deux possibilités ont émergé :soit Triangulum est sur une orbite incroyablement longue de six milliards d'années autour d'Andromède mais y est déjà tombé dans le passé, ou il en est actuellement à sa toute première chute. Chaque scénario reflète une trajectoire orbitale différente, et donc une histoire et un avenir de formation différents pour chaque galaxie.
Une vue panoramique de notre Voie Lactée et des galaxies voisines, sur la base des mesures de près de 1,7 milliard d'étoiles. La carte montre la densité des étoiles observées par Gaia dans chaque portion du ciel entre juillet 2014 et mai 2016. Les régions plus lumineuses indiquent des concentrations plus denses d'étoiles, tandis que les régions plus sombres correspondent à des taches du ciel où moins d'étoiles sont observées. Contrairement à la carte de luminosité en couleur, dominée par les étoiles les plus brillantes et les plus massives, cette vue montre la distribution de toutes les étoiles, y compris les faibles et distants. La structure horizontale lumineuse qui domine l'image est le plan galactique, le disque aplati qui abrite la plupart des étoiles de notre Galaxie natale, avec le centre galactique au milieu. La caractéristique allongée visible sous le centre galactique et pointant vers le bas est la galaxie naine du Sagittaire, un petit satellite de la Voie lactée qui laisse derrière lui un flux d'étoiles sous l'effet du remorqueur gravitationnel de notre Galaxie. Cette faible caractéristique n'est visible que dans cette vue, et non dans la carte du ciel basée sur la luminosité des étoiles, qui est dominé par des sources lumineuses. Les régions plus sombres du plan galactique correspondent aux nuages de premier plan de gaz et de poussière interstellaires, qui absorbent la lumière des étoiles situées plus loin, derrière les nuages. Beaucoup d'entre eux cachent des pépinières stellaires où naissent de nouvelles générations d'étoiles. Parsemés sur l'image se trouvent également de nombreux amas globulaires et ouverts - des groupements d'étoiles maintenues ensemble par leur gravité mutuelle, ainsi que des galaxies entières au-delà de la nôtre. Les deux objets lumineux en bas à droite de l'image sont les grands et petits nuages de Magellan, deux galaxies naines en orbite autour de la Voie lactée. D'autres galaxies proches sont également visibles, plus particulièrement le plus grand voisin galactique de la Voie Lactée, la galaxie d'Andromède (également connue sous le nom de M31), vu en bas à gauche de l'image avec son satellite, la galaxie du Triangle (M33). Un certain nombre d'artefacts sont également visibles sur l'image sous la forme de traits courbes et de rayures plus foncées, bien que dans une moindre mesure par rapport à la première carte du ciel de Gaia, qui était basé sur seulement 14 mois de données du satellite. Ces caractéristiques ne sont pas d'origine astronomique mais reflètent plutôt la procédure de numérisation de Gaia, et s'estompera progressivement à mesure que davantage de données seront recueillies au cours de la mission de cinq ans. La deuxième publication des données Gaia a été rendue publique le 25 avril 2018 et comprend la position et la luminosité de près de 1,7 milliard d'étoiles, et la parallaxe, mouvement propre et couleur de plus de 1,3 milliard d'étoiles. Il comprend également la vitesse radiale de plus de sept millions d'étoiles, la température de surface de plus de 100 millions et d'autres paramètres astrophysiques de 70 à 80 millions d'étoiles. Il existe également plus de 500 000 sources variables, et la position de 14 099 objets connus du système solaire – pour la plupart des astéroïdes – inclus dans le communiqué. Crédit :ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO
Alors que Hubble a obtenu la vue la plus nette jamais vue d'Andromède et de Triangle, Gaia mesure la position et le mouvement individuels de nombre de leurs étoiles avec une précision sans précédent.
"Nous avons passé au peigne fin les données de Gaia pour identifier des milliers d'étoiles individuelles dans les deux galaxies, et étudié comment ces étoiles se déplaçaient dans leurs foyers galactiques, " ajoute le co-auteur Mark Fardal, également du Space Telescope Science Institute.
"Alors que Gaia vise principalement à étudier la Voie lactée, il est assez puissant pour repérer des étoiles particulièrement massives et brillantes dans les régions de formation d'étoiles voisines, même dans des galaxies au-delà de la nôtre."
Les mouvements stellaires mesurés par Gaia révèlent non seulement comment chacune des galaxies se déplace dans l'espace, mais aussi comment chacun tourne autour de son propre axe de rotation.
Il ya un siècle, lorsque les astronomes essayaient pour la première fois de comprendre la nature des galaxies, ces mesures de spin étaient très recherchées, mais n'a pas pu être complété avec succès avec les télescopes disponibles à l'époque.
"Il a fallu un observatoire aussi avancé que Gaia pour finalement le faire, " dit Roeland.
"Pour la première fois, nous avons mesuré la rotation de M31 et M33 dans le ciel. Les astronomes voyaient les galaxies comme des mondes regroupés qui ne pouvaient pas être des «îles» séparées, mais nous savons maintenant le contraire.
"Il a fallu 100 ans et Gaia pour enfin mesurer le vrai, minuscule, taux de rotation de notre plus proche grand voisin galactique, M31. Cela nous aidera à mieux comprendre la nature des galaxies."
Une vue de la galaxie d'Andromède, également connu sous le nom de M31, avec des mesures des mouvements des étoiles dans la galaxie. Cette galaxie spirale est la grande voisine la plus proche de notre Voie lactée. L'image de fond, obtenu avec le satellite Galex de la NASA aux longueurs d'onde proches de l'ultraviolet, met en évidence les régions de la galaxie où se forment les étoiles. Les symboles bleus marquent les emplacements des jeunes étoiles brillantes qui ont été utilisées pour mesurer le mouvement de la galaxie, et les flèches jaunes indiquent les mouvements stellaires moyens à divers endroits, sur la base des données de la deuxième version du satellite Gaia de l'ESA. Une rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre du disque de la galaxie spirale est évidente. La précision de ces mesures devrait s'améliorer avec les futures versions de données Gaia. Crédit :ESA/Gaia (mouvements d'étoiles); NASA/Galex (image d'arrière-plan); R. van der Marel, M. Fardal, J. Sahlmann (STScI)
En combinant les observations existantes avec les nouvelles données de Gaia, les chercheurs ont déterminé comment Andromède et Triangle se déplacent chacun dans le ciel, et calculé la trajectoire orbitale de chaque galaxie à la fois vers l'arrière et vers l'avant dans le temps pendant des milliards d'années.
"Les vitesses que nous avons trouvées montrent que M33 ne peut pas être sur une longue orbite autour de M31, " dit le co-auteur Ekta Patel de l'Université de l'Arizona, ETATS-UNIS. "Nos modèles impliquent unanimement que M33 doit être à sa première chute dans M31."
Alors que la Voie lactée et Andromède sont toujours destinées à entrer en collision et à fusionner, le moment et le caractère destructeur de l'interaction sont également susceptibles d'être différents de ceux attendus.
Comme la motion d'Andromède diffère quelque peu des estimations précédentes, la galaxie est susceptible de porter plus d'un coup d'œil à la Voie lactée qu'une collision frontale. Cela n'aura pas lieu dans 3,9 milliards d'années, mais dans 4,5 milliards – quelque 600 millions d'années plus tard que prévu.
"Cette découverte est cruciale pour notre compréhension de la façon dont les galaxies évoluent et interagissent, " dit Timo Prusti, Scientifique du projet ESA Gaia.
"Nous voyons des caractéristiques inhabituelles dans M31 et M33, tels que les flux déformés et les queues de gaz et d'étoiles. Si les galaxies ne se sont pas réunies avant, ceux-ci ne peuvent pas avoir été créés par les forces ressenties lors d'une fusion. Peut-être se sont-ils formés via des interactions avec d'autres galaxies, ou par la dynamique des gaz au sein des galaxies elles-mêmes.
"Gaia a été conçu principalement pour cartographier les étoiles de la Voie lactée, mais cette nouvelle étude montre que le satellite dépasse les attentes, et peut fournir des informations uniques sur la structure et la dynamique des galaxies au-delà du nôtre. Plus Gaia observe les minuscules mouvements de ces galaxies dans le ciel, plus nos mesures deviendront précises."
