Une étoile en mouvement rapide a peut-être été éjectée du disque stellaire de la Voie lactée par un amas de jeunes étoiles, selon des chercheurs de l'Université du Michigan qui disent que l'étoile n'est pas originaire du milieu de la galaxie, comme le croyaient auparavant les astronomes.

"Cette découverte change radicalement notre vision de l'origine des étoiles en mouvement rapide, " a déclaré Monica Valluri, professeur-chercheur au département d'astronomie de la faculté de littérature de l'U-M, Science, et les Arts. "Le fait que la trajectoire de cette étoile massive en mouvement rapide trouve son origine dans le disque plutôt que dans le centre galactique indique que les environnements très extrêmes nécessaires pour éjecter les étoiles en mouvement rapide peuvent survenir ailleurs qu'autour des trous noirs supermassifs."

Produire une étoile en mouvement rapide demande beaucoup d'énergie, trouve généralement dans des environnements extrêmes, dit Valluri.

La Voie lactée contient des dizaines de milliards d'étoiles, dont la plupart sont distribués dans une structure semblable à une pizza appelée le disque stellaire. En 2005, les astronomes ont découvert pour la première fois des étoiles en mouvement rapide qui se déplacent plus de deux fois plus vite que la plupart des autres étoiles - plus de 1 million de miles par heure, ou 500 kilomètres par seconde (310 miles/seconde), par rapport au reste de la galaxie où les étoiles dépassent en moyenne un peu plus de 200 km/sec (124 miles/second).

Moins de 30 de ces étoiles extrêmement rapides (généralement appelées "étoiles à hypervitesse") ont été découvertes jusqu'à présent.

Lorsque des étoiles binaires - une paire d'étoiles qui orbitent l'une autour de l'autre tout en se déplaçant à travers une galaxie - passent trop près d'un trou noir, il capture l'une des étoiles binaires, et l'autre est jeté dans une « fronde gravitationnelle ». Afin de produire les types de vitesses que les astronomes mesurent pour les étoiles à hypervitesse, le trou noir doit être très massif.

Parce qu'il y a des preuves qu'il y a un trou supermassif au centre de la Voie Lactée, de nombreux astronomes pensent que la majorité des étoiles à hypervitesse ont été éjectées par ce trou noir supermassif.

Valluri et le chercheur postdoctoral de l'U-M Kohei Hattori se sont intéressés à tracer la trajectoire de LAMOST-HVS1, une étoile massive se déplaçant rapidement qui est plus proche du Soleil que toute autre étoile à hypervitesse, pour déterminer où dans la Voie lactée il a été éjecté. Ils ont utilisé l'un des télescopes Magellan au Chili pour déterminer la distance et la vitesse de l'étoile.

Hattori a ensuite rejoint un groupe de scientifiques internationaux qui se sont rassemblés à New York l'année dernière pour participer à un hackathon à télécharger, partager et analyser les données de la mission spatiale Gaia de l'Agence spatiale européenne, une mission d'astrométrie spatiale pour faire le plus grand, carte tridimensionnelle la plus précise de la Voie lactée.

En utilisant l'emplacement actuel et la vitesse actuelle de l'étoile dérivée de Gaia et Magellan, les astronomes ont pu retracer son chemin, ou orbite. A leur grande surprise, il semble que l'étoile ait été éjectée du disque stellaire, et non du centre de la Voie Lactée.

"Nous pensions que cette étoile venait du centre galactique. Mais si vous regardez sa trajectoire, il est clair que n'est pas lié au centre galactique, dit Hattori. "Nous devons considérer d'autres possibilités pour l'origine de l'étoile."

Les auteurs émettent l'hypothèse que l'éjection de cette étoile massive du disque stellaire peut être le résultat d'une rencontre rapprochée de l'étoile avec plusieurs étoiles massives ou d'un trou noir de masse intermédiaire dans un amas d'étoiles.

Bien que les étoiles massives en fuite qui ont été éjectées des amas d'étoiles avec des vitesses de 40 à 100 km/s (25 à 62 miles/seconde) soient connues depuis longtemps, aucun n'a été observé avec la vitesse d'éjection extrême nécessaire pour expliquer LAMOST-HVS1. Les modèles théoriques pour les étoiles en fuite qui incluent des étoiles multi-massives produisent également très rarement des vitesses aussi extrêmes, suggérant une possibilité plus exotique - un trou noir de masse intermédiaire.

Le chemin calculé de l'étoile provient d'un emplacement dans le bras spiral de Norma qui n'est pas associé aux amas d'étoiles massives précédemment connus. Cependant, si cet hypothétique amas d'étoiles existe, il peut être caché derrière la poussière dans le disque stellaire. S'il est trouvé, ce serait la première opportunité de découvrir directement un trou noir de masse intermédiaire dans le disque stellaire de la Voie lactée.

Aussi, le fait que cette étoile puisse être éjectée d'un amas massif du disque stellaire laisse entrevoir la possibilité que de nombreuses autres étoiles se déplaçant rapidement aient également été éjectées de ces amas d'étoiles, disent les chercheurs.

La Voie Lactée et le Grand Nuage de Magellan (une petite galaxie séparée, en orbite autour de la Voie lactée) sont connus pour avoir des amas d'étoiles massifs qui pourraient être d'importants éjecteurs d'étoiles en mouvement rapide, contrairement à l'opinion largement acceptée selon laquelle ils ont été éjectés par des interactions avec les trous noirs centraux de l'une de ces galaxies.

Cela conduirait également à de nouvelles connaissances sur les interactions des étoiles et la formation possible de trous noirs de masse intermédiaire dans les amas d'étoiles, disent les chercheurs.

En plus de Valluri et Hattori, les auteurs comprenaient Guillaume Mahler de U-M; Norberto Castro de U-M et l'Institut Leibniz d'Astrophysique de Potsdam, Allemagne; Ian Roederer de U-M et l'Institut commun d'astrophysique nucléaire-Centre pour l'évolution des éléments ; et Gourav Khullar de l'Institut Kavli de physique cosmologique de l'Université de Chicago.

Leurs conclusions sont publiées dans le numéro actuel de Journal d'astrophysique .