Parfois, il faut beaucoup d'arbres pour voir la forêt. Dans le cas de la dernière découverte faite par les astronomes de l'Université de l'Arizona, exactement 732, 225. Sauf que dans ce cas, la "forêt" est un voile de gaz hydrogène diffus enveloppant la Voie lactée, et chaque "arbre" est une autre galaxie observée avec le télescope de 2,5 mètres du Sloan Digital Sky Survey.

Après avoir combiné ce nombre impressionnant de spectres - des modèles de longueurs d'onde enregistrés révélant des indices sur la nature d'une cible cosmique - les astronomes de l'UA Huanian Zhang et Dennis Zaritsky rapportent les premières détections d'hydrogène diffus flottant dans un vaste halo entourant la Voie lactée. Un tel halo avait été postulé sur la base de ce que les astronomes savaient des autres galaxies, mais jamais observé directement.

Les astronomes savent depuis longtemps que les caractéristiques les plus importantes d'une galaxie spirale typique telle que notre Voie lactée - un renflement central entouré d'un disque et de bras spiraux - ne représentent que la moindre partie de sa masse. La majeure partie de la masse manquante est soupçonnée de se trouver dans ce qu'on appelle la matière noire, une forme de matière postulée mais pas encore directement observée, censée représenter la majorité de la matière dans l'univers. La matière noire n'émet aucun rayonnement électromagnétique d'aucune sorte, il n'interagit pas non plus avec la matière "normale" (que les astronomes appellent matière baryonique), et est donc invisible et indétectable par imagerie directe.

On pense que la matière noire d'une galaxie typique réside dans un halo plus ou moins sphérique qui s'étend de 10 à 30 fois plus loin que la distance entre le centre de notre galaxie et le soleil, selon Zaritsky, professeur au département d'astronomie de l'UA et directeur adjoint de l'observatoire Steward de l'UA.

"Nous déduisons son existence grâce à des simulations dynamiques de galaxies, " explique Zaritsky. " Et parce que le rapport de la matière normale à la matière noire est maintenant très bien connu, par exemple en mesurant le fond diffus cosmologique, nous avons une assez bonne idée de la quantité de matière baryonique qui devrait être dans le halo. Mais quand nous ajoutons toutes les choses que nous pouvons voir avec nos instruments, nous n'obtenons qu'environ la moitié de ce que nous attendons, il doit donc y avoir beaucoup de matière baryonique en attente d'être détectée."

En combinant un si grand nombre de spectres, Zaritsky et Zhang, un stagiaire postdoctoral au Département d'astronomie/Observatoire Steward, a couvert une grande partie de l'espace entourant la Voie lactée et a découvert que l'hydrogène gazeux diffus engloutit toute la galaxie, ce qui représenterait une grande partie de la masse baryonique de la galaxie.

"C'est comme regarder à travers un voile, " a déclaré Zaritsky. "Nous voyons de l'hydrogène diffus dans toutes les directions où nous regardons."

Il a souligné que ce n'était pas la première fois que du gaz était détecté dans des halos autour des galaxies, mais dans ces cas, l'hydrogène est dans un état physique différent.

"Il y a des nuages ​​d'hydrogène dans le halo de la galaxie, que nous connaissons depuis longtemps, appelés nuages ​​à grande vitesse, " a déclaré Zaritsky. "Ceux-ci ont été détectés par des observations radio, et ce sont vraiment des nuages ​​- vous voyez un bord, et ils bougent. Mais la masse totale de ceux-ci est petite, ils ne pouvaient donc pas être la forme dominante d'hydrogène dans le halo."

Puisque observer notre propre galaxie, c'est un peu comme essayer de voir à quoi ressemble une maison inconnue tout en étant confiné dans une pièce à l'intérieur, les astronomes s'appuient sur des simulations informatiques et des observations d'autres galaxies pour avoir une idée de ce à quoi pourrait ressembler la Voie lactée pour un observateur extraterrestre à des millions d'années-lumière.

Pour leur étude, prévu pour une publication en ligne anticipée le Astronomie de la nature le site Web de le 18 avril, les chercheurs ont passé au crible les bases de données publiques du Sloan Digital Sky Survey et ont recherché des spectres pris par d'autres scientifiques de galaxies en dehors de notre Voie lactée dans une raie spectrale étroite appelée hydrogène alpha. Voir cette ligne dans un spectre indique la présence d'un état particulier de l'hydrogène qui est différent de la grande majorité de l'hydrogène trouvé dans l'univers.

Contrairement à la Terre, où l'hydrogène se présente sous la forme d'un gaz constitué de molécules de deux atomes d'hydrogène liés ensemble, l'hydrogène existe sous forme d'atomes isolés dans l'espace extra-atmosphérique, et ceux-ci peuvent être chargés positivement ou négativement, ou neutre. L'hydrogène neutre constitue une petite minorité par rapport à sa forme ionisée (positive), qui constitue plus de 99,99 pour cent du gaz couvrant les golfes intergalactiques de l'univers.

À moins que les atomes d'hydrogène neutres ne soient énergisés par quelque chose, ils sont extrêmement difficiles à détecter et restent donc invisibles à la plupart des approches observationnelles, c'est pourquoi leur présence dans le halo de la Voie lactée avait jusqu'à présent échappé aux astronomes. Même dans d'autres galaxies, les halos sont difficiles à cerner.

"Vous ne voyez pas seulement une jolie image d'un halo autour d'une galaxie, " a déclaré Zaritsky. "Nous déduisons la présence de halos galactiques à partir de simulations numériques de galaxies et de ce que nous savons sur la façon dont elles se forment et interagissent."

Zaritsky a expliqué que sur la base de ces simulations, les scientifiques auraient prédit la présence de grandes quantités d'hydrogène gazeux s'étendant loin du centre de la Voie lactée, mais restant associé à la galaxie, et les données recueillies dans cette étude confirment la présence de cela.

"Le gaz que nous avons détecté ne fait rien de très perceptible, " dit-il. " Il ne tourne pas assez rapidement pour indiquer qu'il est en train d'être projeté hors de la galaxie, et il ne semble pas tomber vers l'intérieur vers le centre galactique, Soit."

L'un des défis de cette étude était de savoir si l'hydrogène observé était bien dans un halo en dehors de la Voie lactée, et pas seulement une partie du disque galactique lui-même, dit Zaritski.

"Quand tu vois des choses partout, ils pourraient être très proches de nous, ou ils pourraient être très loin, " dit-il. " Vous ne savez pas. "

La réponse à cette question, trop, était dans les "arbres, " les plus de 700, 000 analyses spectrales dispersées à travers la galaxie. Si l'hydrogène gazeux était confiné au disque de la galaxie, on s'attendrait à ce que notre système solaire "flotte" à l'intérieur comme un navire dans un maelström qui bouillonne lentement, en orbite autour du centre galactique. Et tout comme le navire dérivant avec le courant, très peu de mouvement relatif serait attendu entre notre système solaire et l'océan d'hydrogène. Si, d'autre part, il entourait la galaxie en rotation dans un halo plus ou moins stationnaire, les chercheurs s'attendaient à ce que, où qu'ils regardent, ils devraient trouver un modèle prévisible de mouvement relatif par rapport à notre système solaire.

"En effet, dans un sens, nous voyons le gaz venir vers nous, et la direction opposée, on le voit s'éloigner de nous, " dit Zaritsky. " Cela nous dit que le gaz n'est pas dans le disque de notre galaxie, mais doit être dans le halo."

Prochain, les chercheurs souhaitent étudier encore plus de spectres pour mieux contraindre la répartition dans le ciel et les mouvements du gaz dans le halo. Ils prévoient également de rechercher d'autres raies spectrales, ce qui peut aider à mieux comprendre l'état physique comme la température et la densité du gaz.