Bien qu'Andromède s'approche de la Voie lactée à 110 kilomètres par seconde, les deux ne fusionneront pas avant environ 4,5 milliards d'années. Selon Patel, suivre le mouvement d'Andromède est "équivalent à regarder un cheveu humain pousser à la distance de la lune".

Parce qu'il est impossible de "peser" une galaxie simplement en la regardant - et encore moins lorsque l'observateur se trouve à l'intérieur, comme c'est le cas avec notre Voie lactée - les chercheurs déduisent la masse d'une galaxie en étudiant les mouvements des objets célestes lorsqu'ils dansent autour de la galaxie hôte, entraîné par son attraction gravitationnelle. De tels objets, également appelés traceurs, parce qu'ils tracent la masse de leur galaxie hôte - peuvent être des galaxies satellites ou des flux d'étoiles créés à partir de la diffusion d'anciennes galaxies qui se sont trop rapprochées pour rester intactes.

Contrairement aux méthodes précédentes couramment utilisées pour estimer la masse d'une galaxie, comme mesurer les vitesses et les positions de ses traceurs, l'approche développée par Patel et ses co-auteurs utilise leur moment cinétique, ce qui donne des résultats plus fiables car il ne change pas avec le temps. Le moment cinétique d'un corps dans l'espace dépend à la fois de sa distance et de sa vitesse. Étant donné que les galaxies satellites ont tendance à se déplacer autour de la Voie lactée sur des orbites elliptiques, leurs vitesses augmentent à mesure qu'ils se rapprochent de notre galaxie et diminuent à mesure qu'ils s'éloignent. Parce que le moment cinétique est le produit de la position et de la vitesse, il n'y a pas de changement net, que le traceur soit à sa position la plus proche ou la plus éloignée de son orbite.

"Pensez à un patineur artistique faisant une pirouette, " dit Patel. " Alors qu'elle dessine dans ses bras, elle tourne plus vite. En d'autres termes, sa vitesse change, mais son moment angulaire reste le même pendant toute la durée de son acte."

L'étude, que Patel présente jeudi, 7 juin à la 232e réunion de l'American Astronomical Society à Denver, est le premier à examiner les mouvements tridimensionnels complets de neuf des 50 galaxies satellites connues de la Voie lactée à la fois et à comparer leurs mesures de moment angulaire à un univers simulé contenant un total de 20, 000 galaxies hôtes qui ressemblent à notre propre galaxie. Ensemble, ces galaxies simulées hébergent environ 90, 000 galaxies satellites.

L'équipe de Patel a déterminé la masse de la Voie lactée à 0,96 billion de masses solaires. Les estimations précédentes avaient placé la masse de notre galaxie entre 700 milliards et 2 000 milliards de masses solaires. Les résultats renforcent également les estimations suggérant que la galaxie d'Andromède (M31) est plus massive que notre Voie lactée.

Les auteurs espèrent appliquer leur méthode aux données toujours croissantes au fur et à mesure qu'elles deviennent disponibles par les relevés galactiques actuels et futurs tels que l'observatoire spatial Gaia et le LSST, le Grand Télescope d'Enquête Synoptique. Selon la co-auteure Gurtina Besla, professeur assistant d'astronomie à l'UA, les contraintes sur la masse de la Voie lactée s'amélioreront à mesure que de nouvelles observations seront obtenues qui synchroniseront la vitesse d'un plus grand nombre de galaxies satellites, et comme les simulations de nouvelle génération offriront une résolution plus élevée, permettant aux scientifiques d'obtenir de meilleures statistiques pour les plus petits traceurs de masse, les galaxies dites ultra-faibles.

"Notre méthode nous permet de tirer parti des mesures de la vitesse de plusieurs galaxies satellites simultanément pour obtenir une réponse à ce que la théorie de la matière noire froide prédirait de manière robuste pour la masse du halo de la Voie lactée, " dit Besla. " Il est parfaitement adapté pour tirer parti de la croissance rapide actuelle des ensembles de données d'observation et des capacités numériques. "