Une équipe d'astronomes a utilisé les données du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA et du satellite Gaia de l'ESA pour mesurer directement les mouvements 3D d'étoiles individuelles dans une galaxie voisine. La précision obtenue est meilleure que tout ce qui avait été mesuré auparavant pour une galaxie au-delà de la Voie lactée. Les mouvements fournissent un test sur le terrain du modèle cosmologique actuellement accepté et mesurent également la trajectoire de la galaxie à travers l'espace. Les résultats sont publiés dans Astronomie de la nature .

Des astronomes du Kapteyn Astronomical Institute et de l'observatoire de Leiden, aux Pays-Bas, utilisé les données du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA et de l'observatoire spatial Gaia de l'ESA pour mesurer les mouvements des étoiles dans la galaxie naine sculptrice. Le Sculpteur Nain est une galaxie satellite en orbite autour de la Voie Lactée, 300 000 années-lumière de la Terre.

Ce n'est qu'en combinant les ensembles de données de ces deux missions réussies de l'ESA - produites à plus de 12 ans d'intervalle - que les scientifiques ont pu mesurer directement les mouvements 3D exacts des étoiles dans la galaxie naine du sculpteur. C'est la première fois que cela est réalisé avec une telle précision pour une galaxie autre que la Voie lactée.

Davide Massari, auteur principal de l'étude, décrit la précision de la recherche :"Avec la précision obtenue, nous pouvons mesurer le mouvement annuel d'une étoile dans le ciel qui correspond à moins que la taille d'une tête d'épingle sur la Lune vue de la Terre." Ce type de précision n'était possible qu'en raison de la résolution et de la précision extraordinaires des deux instruments. De plus, l'étude n'aurait pas été possible sans le grand intervalle de temps entre les deux ensembles de données qui facilite la détermination du mouvement des étoiles.

La galaxie naine du sculpteur est une galaxie sphéroïdale naine, qui sont parmi les objets les plus dominés par la matière noire dans l'Univers. Cela en fait des cibles idéales pour étudier les propriétés de la matière noire. En particulier, comprendre comment la matière noire est distribuée dans ces galaxies naines permet aux astronomes de tester la validité du modèle cosmologique actuellement accepté. Cependant, la matière noire ne peut pas être étudiée directement.

"L'un des meilleurs moyens de déduire la présence de matière noire est d'examiner comment les objets se déplacent à l'intérieur, " explique Amina Helmi, co-auteur de l'article. "Dans le cas des sphéroïdes nains, ces objets sont des étoiles."

Les informations recueillies sur le mouvement 3D des étoiles dans la galaxie naine du sculpteur peuvent être traduites directement en connaissance de la façon dont sa masse totale, y compris la matière noire, est distribuée. Les nouveaux résultats montrent que les étoiles de la Galaxie Sculptor Dwarf se déplacent préférentiellement sur des orbites radiales allongées. Cela indique que la densité de matière noire augmente vers le centre au lieu de s'aplatir. Ces découvertes sont en accord avec le modèle cosmologique établi et notre compréhension actuelle de la matière noire, prenant en compte la complexité des populations stellaires de Sculptor.

Comme effet secondaire de l'étude, l'équipe a également présenté une trajectoire plus précise de la galaxie naine du sculpteur dans son ensemble alors qu'elle orbite autour de la Voie lactée. Leurs résultats montrent qu'il se déplace autour de la Voie lactée sur une orbite allongée à forte inclinaison qui l'éloigne beaucoup plus qu'on ne le pensait auparavant. Actuellement, il est presque à son point le plus proche de la Voie Lactée, mais son orbite peut l'emmener jusqu'à 725 000 années-lumière.

"Avec ces mesures pionnières, nous entrons dans une ère où la mesure des mouvements 3D des étoiles dans d'autres galaxies deviendra une routine et sera possible pour de plus grands échantillons d'étoiles. Ce sera principalement grâce à la mission Gaia de l'ESA, " conclut Massari.