Dans un exemple frappant d'astronomie multi-missions, les mesures du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA et de la mission Gaia de l'ESA ont été combinées pour améliorer l'estimation de la masse de notre galaxie d'origine, la Voie lactée :1 500 milliards de masses solaires.

La masse de la Voie lactée est l'une des mesures les plus fondamentales que les astronomes puissent faire à propos de notre maison galactique. Cependant, malgré des décennies d'efforts intenses, même les meilleures estimations disponibles de la masse de la Voie lactée ne sont pas du tout d'accord. Maintenant, en combinant les nouvelles données de la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne (ESA) avec les observations faites avec le télescope spatial NASA/ESA Hubble, Les astronomes ont découvert que la Voie lactée pèse environ 1 500 milliards de masses solaires dans un rayon de 129 000 années-lumière du centre galactique.

Les estimations précédentes de la masse de la Voie lactée allaient de 500 milliards à 3 000 milliards de fois la masse du Soleil. Cette énorme incertitude est principalement due aux différentes méthodes utilisées pour mesurer la distribution de la matière noire, qui représente environ 90 % de la masse de la galaxie.

"Nous ne pouvons tout simplement pas détecter directement la matière noire, " explique Laura Watkins (Observatoire européen austral, Allemagne), qui a dirigé l'équipe chargée de l'analyse. "C'est ce qui conduit à l'incertitude actuelle de la masse de la Voie lactée - vous ne pouvez pas mesurer avec précision ce que vous ne pouvez pas voir!"

Étant donné la nature insaisissable de la matière noire, l'équipe a dû utiliser une méthode astucieuse pour peser la Voie lactée, qui reposait sur la mesure des vitesses d'amas globulaires, des amas d'étoiles denses qui orbitent à de grandes distances autour du disque spiral de la galaxie.

"Plus une galaxie est massive, plus ses amas se déplacent rapidement sous l'effet de sa gravité" explique N. Wyn Evans (Université de Cambridge, ROYAUME-UNI). "La plupart des mesures précédentes ont trouvé la vitesse à laquelle un amas s'approche ou s'éloigne de la Terre, c'est la vitesse le long de notre ligne de mire. Cependant, nous avons également pu mesurer le mouvement latéral des clusters, d'où la vitesse totale, et par conséquent la masse galactique, peut être calculé."

Le groupe a utilisé la deuxième publication de données de Gaia comme base pour leur étude. Gaia a été conçu pour créer une carte tridimensionnelle précise des objets astronomiques de la Voie lactée et pour suivre leurs mouvements. Sa deuxième publication de données comprend des mesures d'amas globulaires jusqu'à 65 000 années-lumière de la Terre.

"Les clusters mondiaux s'étendent sur une grande distance, ils sont donc considérés comme les meilleurs traceurs utilisés par les astronomes pour mesurer la masse de notre galaxie », a déclaré Tony Sohn (Space Telescope Science Institute, ETATS-UNIS), qui a dirigé les mesures de Hubble.

L'équipe a combiné ces données avec la sensibilité et l'héritage d'observation sans précédent de Hubble. Les observations de Hubble ont permis des amas globulaires faibles et distants, jusqu'à 130 000 années-lumière de la Terre, à ajouter à l'étude. Comme Hubble observe certains de ces objets depuis une décennie, il a également été possible de suivre avec précision les vitesses de ces amas.

"Nous avons eu la chance d'avoir une si grande combinaison de données, " a expliqué Roeland P. van der Marel (Space Telescope Science Institute, ETATS-UNIS). "En combinant les mesures de Gaia de 34 amas globulaires avec les mesures de 12 amas plus éloignés de Hubble, nous pourrions déterminer la masse de la Voie lactée d'une manière qui serait impossible sans ces deux télescopes spatiaux."

Jusqu'à maintenant, ne pas connaître la masse précise de la Voie lactée a posé un problème pour tenter de répondre à de nombreuses questions cosmologiques. Le contenu en matière noire d'une galaxie et sa distribution sont intrinsèquement liés à la formation et à la croissance des structures de l'Univers. Déterminer avec précision la masse de la Voie lactée nous permet de mieux comprendre où se situe notre galaxie dans un contexte cosmologique.