Une nouvelle étude sur la cinématique et la composition chimique d'un échantillon d'étoiles au voisinage du soleil, dirigé par le Dr Daniela Carollo, chercheur de l'Institut national italien d'astrophysique, a révélé que les étoiles qui composent le disque épais de la Voie lactée appartiennent à deux populations stellaires distinctes aux caractéristiques différentes et non à une seule, comme on le pense depuis plus de deux décennies.

Le nouveau composant de disque épais, appelé disque épais à faible teneur en métal (MWTD) ou disque épais à faible teneur en métal, diffère du canonique par la vitesse de rotation autour du centre galactique et sa composition chimique. En effet, les étoiles qui composent le TD ont une vitesse de rotation d'environ 180 km par seconde, tandis que ceux du MWTD tournent plus lentement, à environ 150 km par seconde. Les étoiles appartenant au MWTD sont également deux fois plus pauvres en métaux que celles du TD et ont une énergie plus élevée, une propriété qui leur permet d'atteindre de plus grandes hauteurs depuis le plan galactique.

« Cela faisait près de 30 ans que les astronomes tentaient de résoudre cette énigme, " a déclaré le Dr Carollo, scientifique à l'Observatoire d'Astrophysique de Turin le premier auteur de l'article rapportant la découverte, vient de paraître dans Le Journal d'Astrophysique . "En réalité, on pensait que le MWTD n'était rien d'autre qu'une extension du disque épais et non une population indépendante avec des origines astrophysiques différentes."

Les paramètres précis fournis par la mission Gaia de l'ESA (positions, distances et mouvement intrinsèque des étoiles), et les informations chimiques sur un échantillon de 40, 000 étoiles du Sloan Digital Sky Survey (SDSS), a permis à l'équipe de distinguer le MWTD dans un diagramme montrant les moments angulaires combinés avec la chimie.

"Les moments angulaires sont des quantités qui sont conservées pendant la formation et l'évolution ultérieure d'un système physique comme notre galaxie, " explique le Dr Carollo. " Ainsi, dans un diagramme précis des moments angulaires, les étoiles apportées dans la galaxie par le même ancêtre, comme par exemple d'une précédente fusion d'une galaxie satellite, auront des moments angulaires similaires et auront tendance à se regrouper dans le diagramme."

Le TD et le MWTD forment deux groupes distincts dans le diagramme, ainsi que dans leur chimie. En astronomie, les éléments chimiques plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, qui se sont formés pendant le Big Bang, sont définis comme des métaux. Ces éléments chimiques plus lourds ont été produits lors de la nucléosynthèse d'étoiles massives qui ont explosé en supernovae.

Un groupe particulier d'éléments légers tels que le magnésium et le titane, par rapport aux éléments plus lourds, comme le fer, fournissent un paramètre fondamental qui permet aux scientifiques de distinguer les populations d'étoiles anciennes de celles d'étoiles plus jeunes. Le MWTD possède non seulement des étoiles plus pauvres en fer, mais ces étoiles sont également plus riches en éléments du groupe magnésium et titane (éléments alpha) ce qui suggère une formation antécédente au TD.

Ces différences importantes entre le TD et le MWTD, à savoir la cinématique et la chimie de leurs étoiles, suggèrent que les deux disques avaient une origine différente pendant le processus de formation de la galaxie.

Mais comment un deuxième disque épais s'est-il formé dans la Voie lactée ? Les hypothèses sont multiples :le MWTD pourrait être plus ancien que le TD et ses étoiles auraient pu être dynamisées par la fusion d'une galaxie satellite naine avec la Voie lactée, au cours de sa phase initiale de formation. Ensuite, la fusion d'une seconde galaxie satellite aurait donné naissance au TD.

Une autre possibilité est que les étoiles MWTD se soient formées à l'origine dans une zone plus proche du centre de la galaxie primordiale et ont ensuite été transportées sur de plus grandes distances, plus près de l'endroit où se trouve le soleil maintenant, par des phénomènes internes tels que les instabilités de la barre centrale ou la formation des bras spiraux de la galaxie. Ou une ancienne galaxie satellite de masse similaire au Petit Nuage de Magellan a fusionné avec la galaxie primordiale et ses étoiles ont commencé à tourner autour du centre galactique en raison de l'interaction gravitationnelle mutuelle.

Toutes ces hypothèses peuvent être testées à l'aide de modèles théoriques et de simulations de la formation de galaxies de type Voie lactée.