Une équipe d'astronomes de Leyde a utilisé la dernière série de données de la mission Gaia de l'ESA pour rechercher des étoiles à grande vitesse expulsées de la Voie lactée. mais ont été surpris de trouver des étoiles à la place sprintant vers l'intérieur - peut-être d'une autre galaxie.

En avril, Le géomètre stellaire de l'ESA, Gaia, a publié un catalogue sans précédent de plus d'un milliard d'étoiles. Les astronomes du monde entier ont travaillé sans relâche au cours des derniers mois pour explorer cet extraordinaire ensemble de données, scrutant les propriétés et les mouvements des étoiles dans notre galaxie et au-delà avec une précision jamais atteinte auparavant, donnant lieu à une multitude d'études nouvelles et intrigantes.

La Voie lactée contient plus d'une centaine de milliards d'étoiles. La plupart sont situés dans un disque avec une densité, centre bombé, au milieu duquel se trouve un trou noir supermassif. Le reste est réparti dans un halo sphérique beaucoup plus grand. Les étoiles tournent autour de la Voie lactée à des centaines de kilomètres par seconde, et leurs mouvements contiennent une mine d'informations sur l'histoire passée de la galaxie. La classe d'étoiles la plus rapide de notre galaxie est appelée étoiles à hypervitesse, qui sont censés commencer leur vie près du centre galactique pour être ensuite projetés vers le bord de la Voie lactée via des interactions avec le trou noir.

Seul un petit nombre d'étoiles à hypervitesse ont été découvertes, et la deuxième publication de données récemment publiée par Gaia offre une occasion unique d'en rechercher d'autres. Plusieurs groupes d'astronomes ont sauté dans le tout nouvel ensemble de données à la recherche d'étoiles à hypervitesse immédiatement après la publication. Parmi eux, trois scientifiques de l'université de Leiden ont eu une grosse surprise.

Pour 1,3 milliard d'étoiles, Gaia mesurait les positions, des parallaxes – un indicateur de leur distance – et des mouvements 2D sur le plan du ciel. Pour sept millions des plus brillants, il mesurait également la vitesse à laquelle ils se rapprochent ou s'éloignent de nous. "Sur les sept millions d'étoiles Gaia avec des mesures de vitesse 3D complètes, nous en avons trouvé vingt qui pourraient voyager assez vite pour finalement s'échapper de la Voie lactée, " explique Elena Maria Rossi, l'un des auteurs de la nouvelle étude.

Elena et ses collègues, qui avait déjà découvert une poignée d'étoiles à hypervitesse l'année dernière dans une étude exploratoire basée sur les données de la première version de Gaia, ont été agréablement surpris, car ils espéraient trouver au plus une étoile se détachant de la galaxie parmi ces sept millions. Et il y a plus. "Plutôt que de s'envoler du centre galactique, la plupart des étoiles à grande vitesse que nous avons repérées semblent se précipiter vers elle, " ajoute le co-auteur Tommaso Marchetti. "Ce pourraient être des étoiles d'une autre galaxie, zoomant à travers la Voie lactée."

Il est possible que ces intrus intergalactiques proviennent du Grand Nuage de Magellan, une galaxie relativement petite en orbite autour de la Voie lactée, ou ils peuvent provenir d'une galaxie encore plus éloignée. Si c'est le cas, ils portent l'empreinte de leur site d'origine, et les étudier à des distances beaucoup plus rapprochées que leur galaxie mère pourrait fournir des informations sans précédent sur la nature des étoiles dans une autre galaxie - similaire d'une manière à l'étude de la matière martienne apportée à notre planète par des météorites.

"Les étoiles peuvent être accélérées à des vitesses élevées lorsqu'elles interagissent avec un trou noir supermassif, " explique Elena. " Donc, la présence de ces étoiles pourrait être un signe de tels trous noirs dans les galaxies voisines. Mais les étoiles peuvent aussi avoir déjà fait partie d'un système binaire, jetés vers la Voie lactée lorsque leur étoile compagnon a explosé en supernova. Dans les deux cas, les étudier pourrait nous en dire plus sur ces types de processus dans les galaxies proches. »

Une autre explication est que les étoiles de sprint nouvellement identifiées pourraient être originaires du halo de notre galaxie, accéléré et poussé vers l'intérieur par des interactions avec l'une des galaxies naines qui sont tombées vers la Voie lactée au cours de son histoire de construction. Des informations supplémentaires sur l'âge et la composition des étoiles pourraient aider les astronomes à clarifier leur origine. "Une étoile du halo de la Voie lactée est probablement assez vieille et principalement composée d'hydrogène, alors que les étoiles d'autres galaxies pourraient contenir beaucoup d'éléments plus lourds, ", dit Tommaso. "Regarder les couleurs des étoiles nous en dit plus sur de quoi elles sont faites."

De nouvelles données aideront à déterminer la nature et l'origine de ces étoiles avec plus de certitude, et l'équipe utilisera des télescopes au sol pour en savoir plus à leur sujet. En attendant, Gaia continue de faire des observations du ciel plein, y compris les étoiles analysées dans cette étude. En enquêtant sur la nature de ces intrus stellaires possibles, l'équipe est également occupée à creuser dans l'ensemble de données complet de la deuxième version de Gaia, à la recherche de plus d'étoiles à grande vitesse et en regardant vers l'avenir. Au moins deux autres publications de données Gaia sont prévues dans les années 2020, et chacun fournira des informations à la fois plus précises et nouvelles sur un plus grand nombre d'étoiles.

"Nous nous attendons à terme à des mesures de vitesse 3D complètes pour jusqu'à 150 millions d'étoiles, " explique le co-auteur Anthony Brown, président de l'exécutif du Consortium Gaia pour le traitement et l'analyse des données. "Cela aidera à trouver des centaines ou des milliers d'étoiles à hypervitesse, comprendre leur origine beaucoup plus en détail, et les utiliser pour enquêter sur l'environnement du centre galactique ainsi que sur l'histoire de notre galaxie, " ajoute-t-il. " Ce résultat passionnant montre que Gaia est une véritable machine de découverte, fournissant le terrain pour des découvertes complètement inattendues sur notre galaxie, " conclut Timo Prusti, Scientifique du projet Gaia à l'ESA.