Il y a près de 3 milliards d'années, une galaxie naine a plongé au centre de la Voie lactée et a été déchirée par les forces gravitationnelles de la collision. Les astrophysiciens ont annoncé aujourd'hui que la fusion a produit une série de formations d'étoiles en forme de coquilles révélatrices à proximité de la constellation de la Vierge, la première de ces « structures en coquille » à être trouvée dans la Voie lactée. La découverte offre une preuve supplémentaire de l'événement ancien, et de nouvelles explications possibles pour d'autres phénomènes dans la galaxie.

Les astronomes ont identifié une densité d'étoiles inhabituellement élevée appelée la surdensité de la Vierge il y a environ deux décennies. Les enquêtes sur les étoiles ont révélé que certaines de ces étoiles se dirigent vers nous tandis que d'autres s'éloignent, ce qui est également inhabituel, comme un amas d'étoiles voyagerait généralement de concert. Sur la base de données émergentes, les astrophysiciens de l'Institut polytechnique Rensselaer ont proposé en 2019 que la surdensité était le résultat d'une fusion radiale, la version stellaire d'un crash T-bone.

"Quand nous l'assemblons, c'était un moment "aha", " a déclaré Heidi Jo Newberg, professeur de physique Rensselaer, Physique appliquée, et l'astronomie, et auteur principal du Le Journal d'Astrophysique papier détaillant la découverte. "Ce groupe d'étoiles avait tout un tas de vitesses différentes, ce qui était très étrange. Mais maintenant que nous voyons leur mouvement dans son ensemble, on comprend pourquoi les vitesses sont différentes, et pourquoi ils se déplacent comme ils le sont."

Les structures de coque nouvellement annoncées sont des plans d'étoiles incurvées, comme des parapluies, laissé pour compte alors que la galaxie naine a été déchirée, rebondissant littéralement de haut en bas à travers le centre de la galaxie alors qu'elle était incorporée dans la Voie lactée, un événement que les chercheurs ont nommé la « fusion radiale de la Vierge ». Chaque fois que les étoiles naines de la galaxie traversent rapidement le centre de la galaxie, ralentir car ils sont tirés en arrière par la gravité de la Voie Lactée jusqu'à ce qu'ils s'arrêtent à leur point le plus éloigné, puis faire demi-tour pour s'écraser à nouveau au centre, une autre structure de coque est créée. Des simulations qui correspondent aux données d'enquête peuvent être utilisées pour calculer combien de cycles la galaxie naine a enduré, et donc, lorsque la collision initiale s'est produite.

Le nouvel article identifie deux structures de coque dans la surdensité de la Vierge et deux dans la région du nuage Hercules Aquila, sur la base des données du Sloan Digital Sky Survey, le télescope spatial Gaia de l'Agence spatiale européenne, et le télescope LAMOST en Chine. La modélisation informatique des coquilles et du mouvement des étoiles indique que la galaxie naine est passée pour la première fois par le centre galactique de la Voie lactée il y a 2,7 milliards d'années.

Newberg est un expert du halo de la Voie lactée, un nuage sphérique d'étoiles qui entoure les bras spiraux du disque central. La plupart, sinon toutes, de ces stars semblent être des « immigrants, " étoiles qui se sont formées dans des galaxies plus petites qui ont ensuite été entraînées dans la Voie lactée. Au fur et à mesure que les plus petites galaxies fusionnent avec la Voie lactée, leurs étoiles sont tirées par ce qu'on appelle les "forces de marée, " le même genre de forces différentielles qui font les marées sur Terre, et ils finissent par former une longue corde d'étoiles se déplaçant à l'unisson dans le halo. De telles fusions de marée sont assez courantes et ont constitué une grande partie des recherches de Newberg au cours des deux dernières décennies.

Les « fusions radiales » plus violentes sont considérées comme beaucoup moins courantes. Thomas Donlon II, un étudiant diplômé de Rensselaer et premier auteur de l'article, ont déclaré qu'ils ne cherchaient pas initialement la preuve d'un tel événement.

"Il y a d'autres galaxies, généralement des galaxies plus sphériques, qui ont une structure de coque très prononcée, alors tu sais que ces choses arrivent, mais nous avons regardé dans la Voie Lactée et n'avions pas vu vraiment évident, coquillages gigantesques, " dit Donlon, qui était l'auteur principal de l'article de 2019 qui proposait pour la première fois la fusion radiale Virgo. Alors qu'ils modélisaient le mouvement de la surdensité de la Vierge, ils ont commencé à envisager une fusion radiale. "Et puis nous avons réalisé que c'est le même type de fusion qui provoque ces gros obus. Cela a juste l'air différent parce que, pour une chose, nous sommes à l'intérieur de la Voie Lactée, donc nous avons un point de vue différent, et c'est aussi une galaxie à disque et nous n'avons pas autant d'exemples de structures de coquilles dans les galaxies à disque."

La découverte pose des implications potentielles pour un certain nombre d'autres phénomènes stellaires, dont la Saucisse Gaia, une formation d'étoiles qui résulterait de la fusion d'une galaxie naine il y a entre 8 et 11 milliards d'années. Des travaux antérieurs soutenaient l'idée que la fusion radiale de la Vierge et la saucisse Gaia résultaient du même événement; l'estimation d'âge beaucoup plus basse pour la fusion radiale de la Vierge signifie que les deux sont des événements différents ou que la saucisse de Gaia est beaucoup plus jeune et n'a pas pu causer la création du disque épais de la Voie lactée, comme précédemment revendiqué. Un motif en spirale récemment découvert dans les données de position et de vitesse pour les étoiles proches du soleil, parfois appelé l'escargot Gaia, et un événement proposé appelé le Splash, peut également être associée à la fusion radiale Virgo.

"Il y a beaucoup de liens potentiels avec cette découverte, " a déclaré Newberg. " La fusion radiale de la Vierge ouvre la porte à une meilleure compréhension d'autres phénomènes que nous voyons et ne comprenons pas entièrement, et cela pourrait très bien avoir été affecté par quelque chose qui est tombé en plein milieu de la galaxie il y a moins de 3 milliards d'années."