Les astronomes ont étudié une petite population d'étoiles dans le halo de la Voie lactée, trouver sa composition chimique pour correspondre étroitement à celle du disque galactique. Cette similitude fournit une preuve convaincante que ces étoiles sont originaires de l'intérieur du disque, plutôt que de galaxies naines fusionnées. On pense que la raison de cette migration stellaire est les oscillations théoriquement proposées du disque de la Voie lactée dans son ensemble, induite par l'interaction de marée de la Voie lactée avec une galaxie satellite massive qui passe.

Si quelqu'un de l'espace souhaite vous contacter via "space mail", votre adresse cosmique comprendrait plusieurs autres lignes, y compris "Terre", "Système solaire", "Orion Spiral Arm" et "La Voie Lactée". Cette position au sein de notre galaxie d'origine nous donne un siège au premier rang pour explorer ce qui se passe dans une telle galaxie.

Cependant, notre perspective interne présente certains défis dans notre quête pour le comprendre - par exemple pour décrire sa forme et son étendue. Et encore un autre problème est le temps :comment pouvons-nous interpréter l'évolution galactique si notre propre durée de vie (et celle de nos télescopes) est bien inférieure au clignement de l'œil cosmique ?

Aujourd'hui, nous avons une image assez claire des propriétés générales de la Voie lactée et de la façon dont elle s'intègre parmi les autres galaxies de l'Univers. Les astronomes le classent comme plutôt moyen, grande galaxie spirale avec la majorité de ses étoiles encerclant son centre dans un disque, et une poussière d'étoiles au-delà de cette orbite dans le halo galactique.

Ces étoiles de halo ne semblent pas être réparties au hasard dans le halo - au lieu de cela, beaucoup sont regroupées dans des structures géantes - d'immenses flux et nuages ​​(ou surdensités) d'étoiles, certains encerclant entièrement la Voie lactée. Ces structures ont été interprétées comme des signatures du passé tumultueux de la Voie lactée - des débris de la perturbation gravitationnelle des nombreuses galaxies plus petites qui auraient envahi notre Galaxie dans le passé.

Les chercheurs ont essayé d'en savoir plus sur cette histoire violente de la Voie lactée en examinant les propriétés des étoiles dans les débris laissés derrière - leurs positions et leurs mouvements peuvent nous donner des indices sur le chemin d'origine de l'envahisseur, tandis que les types d'étoiles qu'elles contiennent et les compositions chimiques de ces étoiles peuvent nous dire à quoi aurait pu ressembler la galaxie morte depuis longtemps.

Une équipe internationale d'astronomes dirigée par le Dr Maria Bergemann de l'Institut Max Planck d'astronomie à Heidelberg a maintenant trouvé des preuves convaincantes que certaines de ces structures de halo pourraient ne pas être des débris de restes de galaxies envahissantes, mais plutôt provenir du disque de la Voie lactée elle-même !

Les scientifiques ont étudié 14 étoiles situées dans deux structures différentes du halo galactique, le Triangulum-Andromède (Tri-And) et les surdensités stellaires A13, qui se trouvent sur les côtés opposés du plan du disque galactique. Des études antérieures du mouvement de ces deux structures diffuses ont révélé qu'elles sont cinématiquement associées et pourraient être liées à l'anneau de Monoceros, une structure en forme d'anneau qui s'enroule autour de la Galaxie. Cependant, la nature et l'origine de ces deux structures stellaires n'étaient toujours pas clarifiées de manière concluante. La position des deux surdensités stellaires a pu être déterminée comme étant chacune située à environ 5 kiloparsec (14 000 années-lumière) au-dessus et au-dessous du plan galactique, comme indiqué sur la figure 1 (voir image).

Bergemann et son équipe, pour la première fois, ont maintenant présenté des modèles d'abondance chimique détaillés de ces étoiles, obtenu avec des spectres haute résolution pris avec le Keck et le VLT (Very Large Telescope, télescopes de l'ESO). "L'analyse des abondances chimiques est un test très puissant, ce qui permet, d'une manière similaire à l'appariement ADN, pour identifier la population parente de l'étoile. Des populations parentales différentes, comme le disque ou le halo de la Voie lactée, galaxies satellites naines ou amas globulaires, sont connus pour avoir des compositions chimiques radicalement différentes. Donc, une fois que nous savons de quoi sont faites les étoiles, nous pouvons immédiatement les relier à leurs populations parentales.", explique Bergemann.

En comparant les compositions chimiques de ces étoiles avec celles trouvées dans d'autres structures cosmiques, les scientifiques ont été surpris de constater que les compositions chimiques sont presque identiques, à la fois à l'intérieur et entre ces groupes, et correspondent étroitement aux modèles d'abondance des étoiles du disque de la Voie lactée. Cela fournit des preuves convaincantes que ces étoiles proviennent très probablement du disque mince galactique (la partie la plus jeune de la Voie lactée, concentré vers le plan galactique) lui-même, plutôt des débris de galaxies invasives !

Mais comment les étoiles sont-elles arrivées à ces positions extrêmes au-dessus et au-dessous du disque galactique ? Les calculs théoriques de l'évolution de la Voie lactée prédisent que cela se produira, les étoiles étant déplacées à de grandes distances verticales de leur lieu de naissance dans le plan du disque. Cette "migration" des étoiles s'explique théoriquement par les oscillations du disque dans son ensemble. L'explication privilégiée de ces oscillations est l'interaction de marée du halo de matière noire de la Voie lactée et de son disque avec une galaxie satellite massive qui passe.

Les résultats publiés dans la revue La nature par Bergemann et ses collègues fournissent maintenant la preuve la plus claire de ces oscillations du disque de la Voie Lactée obtenues jusqu'à présent !

Ces découvertes sont très intéressantes, car ils indiquent que le disque de la Voie lactée et sa dynamique sont nettement plus complexes qu'on ne le pensait auparavant. "Nous avons montré qu'il peut être assez courant que des groupes d'étoiles du disque soient déplacés vers des royaumes plus éloignés de la Voie lactée, après avoir été" expulsés "par une galaxie satellite envahissante. Des schémas chimiques similaires peuvent également être trouvés dans d'autres galaxies — indiquant une potentielle universalité galactique de ce processus dynamique." dit Allyson Shefield, Doctorat, professeur agrégé de physique au LaGuardia Community College/CUNY, un co-auteur de l'étude.

Comme prochaine étape, les astronomes prévoient d'analyser les spectres d'autres étoiles à la fois dans les deux surdensités, ainsi que des étoiles dans d'autres structures stellaires plus éloignées du disque. Ils sont également très désireux d'obtenir les masses et les âges de ces étoiles afin de limiter les délais lorsque cette interaction de la Voie lactée et d'une galaxie naine s'est produite.

"Nous prévoyons que les enquêtes en cours et futures comme 4MOST et Gaia fourniront des informations uniques sur la composition chimique et la cinématique des étoiles dans ces surdensités. Les deux structures que nous avons déjà analysées sont, dans notre interprétation, associée à des oscillations à grande échelle du disque, induite par une interaction de la Voie lactée et d'une galaxie naine. Gaia peut avoir le potentiel de voir le lien entre les deux structures, montrant le motif complet des ondulations dans le disque galactique", dit Bergemann, qui fait également partie du Centre de Recherche Collaborative SFB 881 "The Milky Way System", situé à l'université de Heidelberg.