La Voie lactée regorge d'amas d'étoiles. Certains ne contiennent que quelques dizaines à centaines de jeunes stars. Autres, appelés amas globulaires, sont parmi les objets les plus anciens de l'Univers et contiennent jusqu'à un million d'étoiles anciennes.

Certains amas globulaires sont considérés comme des fragments de notre galaxie, ciselé lorsque la Voie lactée en était à ses balbutiements. D'autres ont peut-être commencé leur vie en tant que galaxies naines autonomes avant d'être capturées par la Voie lactée au cours de ses années de formation.

Quelles que soient leurs origines, de nombreux amas globulaires résident dans ou derrière les régions poussiéreuses de notre galaxie. Pour les télescopes optiques terrestres et spatiaux, cependant, cela pose un défi. Bien qu'il soit possible d'observer l'amas dans son ensemble, la poussière entrave les efforts des astronomes pour étudier les mouvements des étoiles individuelles. Si les astronomes pouvaient suivre les mouvements d'étoiles individuelles, ils pourraient voir à quel point l'amas globulaire est "grumeleux" ou s'il contient quelque chose de vraiment dense, comme un trou noir géant en son centre.

Heureusement, les ondes radio, comme celles émises par les pulsars, ne sont pas gênées par la poussière galactique. Alors plutôt que de suivre les mouvements des étoiles, les astronomes devraient être capables de cartographier les mouvements des pulsars à la place. Mais, bien sûr, les choses ne sont jamais aussi simples. Bien que les amas globulaires regorgent d'étoiles, ils contiennent beaucoup moins de pulsars.

« C'est ce qui fait de Terzan 5 une cible d'étude si importante ; il a une abondance sans précédent de pulsars - un total de 37 détectés à ce jour, bien que seulement 36 aient été utilisés dans notre étude, " a déclaré Brian Prager, un doctorat candidat à l'Université de Virginie à Charlottesville et auteur principal d'un article paru dans le Journal d'astrophysique . "Plus vous pourrez observer de pulsars, plus votre ensemble de données est complet et plus vous pouvez discerner de détails sur l'intérieur du cluster."

Le cluster Terzan 5 est d'environ 19, 000 années-lumière de la Terre, juste à l'extérieur du renflement central de notre galaxie.

Pour leurs recherches, les astronomes ont utilisé le télescope Green Bank (GBT) de la National Science Foundation (NSF) en Virginie-Occidentale. Le GBT est un instrument incroyablement efficace pour la détection et l'observation des pulsars. Il a une électronique extrêmement sensible, certains spécialement optimisés pour cette tâche, et une parabole de 100 mètres, le plus grand de tous les radiotélescopes entièrement orientables.

Les pulsars sont des étoiles à neutrons - les restes incroyablement denses de supernovas - qui émettent des faisceaux d'ondes radio à partir de leurs pôles magnétiques. Comme un pulsar tourne, ses faisceaux de lumière radio balaient l'espace dans une version cosmique d'un phare. Si les faisceaux brillent en direction de la Terre, les astronomes peuvent détecter les impulsions extrêmement stables de l'étoile.

Au fur et à mesure que les pulsars de Terzan 5 se déplacent par rapport à la Terre - attirés dans différentes directions par la densité variable de l'amas - l'effet Doppler entre en jeu. Cet effet ajoute un léger retard au timing si le pulsar s'éloigne de la Terre. Cela réduit également la plus petite fraction de milliseconde si le pulsar se déplace vers nous.

Dans le cas de Terzan 5, les astronomes s'intéressent particulièrement à une classe de pulsars appelés pulsars millisecondes. Ces pulsars tournent des centaines de fois par seconde avec une régularité qui rivalise avec la précision des horloges atomiques sur Terre.

Les pulsars atteignent ces vitesses remarquables en siphonnant la matière d'une étoile compagne proche. La matière tombante frappe le bord de l'étoile à neutrons à un angle, augmenter la vitesse de rotation du pulsar de la même manière qu'un ballon de basket en équilibre sur le bout d'un doigt peut être tourné en frappant son côté.

Les pulsars millisecondes sont une aubaine particulière pour les astronomes car ils permettent de détecter des changements presque infiniment petits dans la synchronisation des impulsions radio.

"Les pulsars sont des horloges cosmiques incroyablement précises, " a déclaré Scott Ransom, un astronome du National Radio Astronomy Observatory (NRAO) à Charlottesville, Virginie, et co-auteur sur le papier. "Avec le GBT, notre équipe a pu mesurer essentiellement comment chacune de ces horloges tombe dans l'espace vers des régions de masse plus élevée. Une fois que nous avons ces informations, on peut le traduire en une carte très précise de la densité de l'amas, nous montrant où réside la majeure partie des « trucs » du cluster. »

Précédemment, les astronomes pensaient que Terzan 5 pourrait être soit une galaxie naine déformée engloutie par la Voie lactée, soit un fragment du renflement galactique. Si l'amas était une galaxie naine capturée, il pourrait également abriter un trou noir supermassif central, qui est l'une des caractéristiques de toutes les grandes galaxies et peut également être trouvée dans de nombreuses galaxies naines.

Les nouvelles données GBT, cependant, ne montrent aucun signe évident qu'un seul, le trou noir central se cache dans Terzan 5. "Cependant, nous ne pouvons pas encore dire avec certitude si un plus petit, le trou noir de masse intermédiaire y réside. Les nouvelles observations fournissent également une meilleure preuve que Terzan 5 est un véritable amas globulaire né dans la Voie lactée plutôt que les restes d'une galaxie naine, " dit Rançon.

Les observations futures utilisant des modèles d'accélération plus sophistiqués pourraient mieux contraindre l'origine de Terzan 5.