Crédit :NASA
Depuis la naissance de l'astronomie moderne, les scientifiques ont cherché à déterminer toute l'étendue de la galaxie de la Voie lactée et à en savoir plus sur sa structure, formation et évolution. Maintenant, les astronomes estiment qu'il est de 100, 000 à 180, 000 années-lumière de diamètre et se compose de 100 à 400 milliards d'étoiles - bien que certaines estimations disent qu'il pourrait y en avoir jusqu'à 1 000 milliards.
Et encore, même après des décennies de recherches et d'observations, il y a encore beaucoup de choses sur notre galaxie que les astronomes ignorent. Par exemple, ils essaient toujours de déterminer à quel point la Voie lactée est massive, et les estimations varient considérablement. Dans une nouvelle étude, une équipe de scientifiques internationaux présente une nouvelle méthode de pesée de la galaxie basée sur la dynamique des galaxies satellites de la Voie lactée.
L'étude, intitulé "La masse de la Voie lactée à partir de la dynamique des satellites, " récemment paru dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society . L'étude a été dirigée par Thomas Callingham de l'Institute of Computational Cosmology de l'Université de Durham, et comprenait des membres du Massachusetts Institute of Technology (MIT), l'Institut d'études théoriques de Heidelberg, et plusieurs universités.
Comme ils l'indiquent dans leur étude, la masse de la Voie lactée est fondamentale pour notre compréhension de l'astrophysique. Non seulement est-il important de placer notre galaxie dans le contexte de la population générale de la galaxie, mais il joue également un rôle majeur lorsqu'il s'agit d'aborder certains des plus grands mystères qui découlent de nos théories astrophysiques et cosmologiques actuelles.
Vue d'artiste de la Voie lactée. Crédit :NASA/JPL-Caltech/R. Blessé (SSC-Caltech)
Ceux-ci incluent les subtilités de la formation des galaxies, divergences avec le modèle actuel de Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), théories alternatives sur la nature de la matière noire, et la structure à grande échelle de l'univers. Quoi de plus, les études précédentes ont été entravées par un certain nombre de facteurs, qui incluent le fait que le halo de matière noire de la Voie lactée (qui constitue la majeure partie de sa masse) ne peut pas être observé directement.
Un autre problème majeur est le fait qu'il est difficile de mesurer l'étendue et la masse de la Voie lactée parce que nous sommes à l'intérieur. Par conséquent, des études antérieures qui ont tenté de déduire la masse de notre galaxie ont abouti à des estimations de masse allant d'environ 500 milliards à 2,5 billions de fois la masse de notre soleil (masses solaires). Comme Callingham l'a expliqué à l'univers Today par e-mail, une approche affinée était nécessaire :
"La majorité de la galaxie est dans son halo de matière noire, qui ne peut pas être observé directement. Au lieu, nous déduisons ses propriétés grâce à des observations de divers traceurs dynamiques qui ressentent les effets gravitationnels de la matière noire - tels que les populations stellaires, amas globulaires, vapeurs et galaxies satellites. La plupart d'entre eux se trouvent au centre de notre galaxie dans le disque galactique (à moins de ~10kpc) et le halo stellaire (~15kpc), ce qui peut donner de bonnes estimations de masse de la région intérieure. Cependant le halo DM atteint ~200kpc, et pour cette raison nous avons choisi de nous concentrer sur les galaxies satellites, comme l'un des seuls traceurs à sonder ces parties extérieures de la galaxie. »
Pour le plaisir de leur étude, l'équipe s'est appuyée sur les données de la deuxième version du satellite Gaia (version DR2) pour mieux imposer des contraintes sur la masse de la Voie lactée. La mission Gaïa, qui a fourni plus d'informations que jamais sur notre galaxie, inclut la position et les mouvements relatifs d'innombrables étoiles de la Voie lactée, y compris celles qui se trouvent dans les galaxies satellites. Comme Callingham l'a indiqué, cela s'est avéré très utile pour contraindre la masse de la Voie lactée :
La première carte du ciel de la mission Gaia. Crédit :ESA / Gaia / DPAC / A. Moitinho &M. Barros, CENTRA – Université de Lisbonne.
"Nous comparons les propriétés orbitales Énergie et Moment angulaire des galaxies satellites MWs à celles trouvées dans les simulations. Nous avons utilisé les dernières observations des satellites MWs du jeu de données Gaia DR2 récent et un échantillon de galaxies et de galaxies satellites appropriées des simulations EAGLE, une simulation de premier plan s'est déroulée à Durham avec un grand volume et une physique baryonique hydrodynamique complète."
Le logiciel EAGLE (Evolution et Assemblage des GaLaxies et de leurs Environnements), qui a été développé par l'Institut de cosmologie computationnelle de l'Université de Durham, modélise la formation de structures dans un volume cosmologique mesurant 100 mégaparsecs de côté (plus de 300 millions d'années-lumière). Cependant, l'utilisation de ce logiciel pour déduire la masse de la Voie lactée a présenté quelques défis.
"Un défi à cela est l'échantillon limité de galaxies de taille MW dans EAGLE (ou en fait n'importe quelle simulation), " a déclaré Callingham. " Pour aider cela, nous utilisons une relation d'échelle de masse pour mettre à l'échelle notre échantillon total de galaxies pour qu'il ait la même masse. Cela nous permet d'utiliser efficacement plus de notre ensemble de données et améliore considérablement nos statistiques. Notre méthode a ensuite été rigoureusement testée en trouvant la masse des galaxies simulées à partir des simulations EAGLE et Auriga - une suite indépendante de simulations haute résolution. Cela garantit que notre estimation de masse est robuste et comporte des erreurs réalistes (quelque chose avec lequel le domaine a parfois du mal en raison d'hypothèses analytiques)."
De là, ils ont découvert que la masse totale du halo de la Voie lactée était d'environ 1,04 x 1012 (plus de 1 billion) de masses solaires, avec une marge d'erreur de 20 %. Cette estimation impose des contraintes beaucoup plus strictes sur la masse de la Voie lactée que les estimations précédentes, et pourrait avoir des implications importantes dans les domaines de l'astronomie, astrophysique et cosmologie. Comme Callingham l'a résumé :
On pense que toutes les galaxies ont un halo de matière noire. Cette image montre la répartition de la matière noire entourant notre propre Voie lactée. Crédit image :J. Diemand, M. Kuhlen et P. Madau (UCSC)
"Une estimation de masse plus précise peut être utilisée de plusieurs manières. Dans la modélisation des galaxies, le halo DM est la toile de fond sur laquelle s'adaptent les composants stellaires. De nombreuses méthodes pour sonder la nature de la DM, comme la structure du halo DM, ainsi que la densité de DM sur Terre à des fins de détection directe dépendent de la masse du MW. La masse peut également être utilisée pour prédire le nombre de galaxies satellites autour du MW que nous attendons."
En plus de fournir aux astronomes des mesures affinées de la masse de la Voie lactée - ce qui contribuera grandement à éclairer notre compréhension de sa taille, Le degré, et la population des galaxies satellites - cette étude a également des implications pour notre compréhension de l'univers dans son ensemble. Quoi de plus, c'est encore une autre étude révolutionnaire qui a été rendue possible grâce à la deuxième publication de données de Gaia.
La troisième publication des données Gaia est prévue fin 2020, le catalogue final étant publié dans les années 2020. Pendant ce temps, une extension a déjà été approuvée pour la mission Gaia, qui restera désormais en service jusqu'à fin 2020 (à confirmer à la fin de cette année).
