Des étoiles au bord de notre galaxie de la Voie lactée voyagent plus lentement • Earth.com

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Découverte intrigante des mouvements des étoiles dans la Voie Lactée

Des recherches récentes menées par des physiciens du MIT ont conduit à une découverte intrigante concernant le mouvement des étoiles dans la galaxie de la Voie Lactée. Leur étude suggère une possible révision de notre compréhension de la composition de la galaxie, en particulier en termes de son noyau gravitationnel et de la mystérieuse matière noire.

Utilisant des données du télescope spatial Gaia et de l’enquête terrestre APOGEE, l’équipe s’est lancée dans une analyse approfondie de plus de 33 000 étoiles à travers la Voie Lactée. Gaia, un télescope en orbite, offre un suivi précis de l’emplacement, de la distance et du mouvement des étoiles, tandis que APOGEE complète cela avec des observations détaillées au sol.

Le point focal de l’étude était la « vitesse circulaire » des étoiles – essentiellement, à quelle vitesse chaque étoile orbite au sein du disque galactique par rapport à sa distance du centre de la galaxie. En traçant ces vitesses par rapport à leurs distances respectives, l’équipe a construit une courbe de rotation, un outil essentiel en astronomie pour comprendre la distribution de la matière visible et de la matière noire au sein d’une galaxie.

Comportement étrange des étoiles extérieures de la Voie Lactée

« Ce qui nous a vraiment surpris, c’est que cette courbe restait plate, plate, plate jusqu’à une certaine distance, puis elle a commencé à décliner », explique Lina Necib, professeure adjointe de physique au MIT. « Cela signifie que les étoiles extérieures tournent un peu plus lentement que prévu, ce qui est un résultat très surprenant. »

Ce comportement inattendu des étoiles extérieures a incité l’équipe à réinterpréter la distribution de la matière noire au sein de la Voie Lactée, aboutissant à une conclusion surprenante: que le cœur de la galaxie pourrait être plus léger et contenir moins de matière noire que précédemment imaginé. « Cela met ce résultat en tension avec d’autres mesures », explique Necib. « Il y a quelque chose de louche qui se passe quelque part, et c’est vraiment excitant de comprendre où cela se situe, pour obtenir une image cohérente de la Voie Lactée. »

L’étude présente des contributions de scientifiques du MIT, dont l’auteur principal Xiaowei Ou, Anna-Christina Eilers et Anna Frebel.

Vera Rubin et la matière noire

Les recherches s’appuient sur le travail pionnier de l’astronome Vera Rubin dans les années 1970. Rubin a d’abord observé que les galaxies tournent de manière qui ne peut être attribuée uniquement à la matière visible. Son travail suggérait qu’une certaine matière invisible, ou « noire », exerçait une influence sur les étoiles lointaines, expliquant leur mouvement inattendu.

Le travail pionnier de Rubin dans la compréhension des courbes de rotation galactiques a jeté les bases de la découverte de la matière noire, une entité insaisissable qui semble surpasser toute la matière visible de l’univers. Depuis lors, les astronomes ont régulièrement constaté des courbes de rotation plates similaires dans les galaxies lointaines, renforçant la théorie de l’omniprésence de la matière noire.

Défi de mesurer les étoiles de la Voie Lactée

Cependant, cartographier la courbe de rotation de la Voie Lactée, notre propre galaxie, a présenté des défis uniques. « Il s’avère que c’est plus difficile de mesurer une courbe de rotation lorsque l’on se trouve à l’intérieur d’une galaxie », note Xiaowei Ou.

Ce défi a été relevé en 2019 par Anna-Christina Eilers, professeure adjointe de physique au MIT, en utilisant des données du satellite Gaia. La première publication de données de Gaia, qui incluait des étoiles jusqu’à 25 kiloparsecs (environ 81 000 années-lumière) du centre de la galaxie, suggérait une courbe de rotation plate mais légèrement déclinante pour la Voie Lactée, indiquant une forte concentration de matière noire à son noyau.

Un lot plus récent de données de Gaia, comprenant des étoiles jusqu’à 30 kiloparsecs (près de 100 000 années-lumière) du noyau, a offert de nouvelles perspectives. Anna Frebel souligne l’importance de ces distances, « Nous sommes au bord de la galaxie, où les étoiles deviennent rares et comprendre le mouvement de la matière ici explore l’inconnu. »

En exploitant ces nouvelles données, Frebel, Necib, Ou et Eilers ont cherché à s’appuyer sur les premières conclusions d’Eilers. Ils ont amélioré les données de Gaia avec des mesures APOGEE (Expérience sur l’évolution galactique du point d’observation d’Apache), qui fournissent des détails complexes sur plus de 700 000 étoiles de la Voie Lactée, y compris leur luminosité, leur température et leur composition élémentaire. « Nous nourrissons toutes ces informations dans un algorithme pour essayer d’apprendre des connexions qui peuvent ensuite nous donner de meilleures estimations de la distance d’une étoile », explique Ou. « C’est ainsi que nous pouvons pousser jusqu’à des distances plus lointaines. »

L’équipe a déterminé des distances précises pour plus de 33 000 étoiles, créant une carte tridimensionnelle de la Voie Lactée jusqu’à 30 kiloparsecs.

Repousser les limites de la mesure des étoiles

Ils ont utilisé cette carte pour modéliser la vitesse circulaire, simulant la vitesse de déplacement de chaque étoile en fonction de la distribution de toutes les autres étoiles. En traçant la vitesse et la distance de chaque étoile, ils ont produit une courbe de rotation mise à jour.

Ici, l’inattendu est apparu. La courbe a montré une baisse plus importante que prévu à l’extrémité extérieure. Contrairement aux conclusions précédentes, les étoiles aux confins de la galaxie se déplacent plus lentement que prévu. Cette baisse suggère que, bien que les étoiles maintiennent leur vitesse jusqu’à un certain point, elles ralentissent brusquement dans les régions les plus éloignées.

Matière noire et étoiles extérieures de la Voie Lactée

En traduisant cette courbe de rotation en une quantité appropriée de matière noire, l’équipe a déduit que le noyau de la Voie Lactée pourrait abriter moins de matière noire que précédemment pensé. « Ce résultat est en tension avec d’autres mesures » , déclare Necib. « Comprendre vraiment ce résultat aura de profondes répercussions. Cela pourrait conduire à plus de masses cachées juste au-delà du bord du disque galactique, ou à une réévaluation de l’état d’équilibre de notre galaxie. Nous cherchons à trouver ces réponses dans les travaux à venir, en utilisant des simulations de haute résolution de galaxies semblables à la Voie Lactée. »

En résumé, les conclusions de cette étude ont considérablement modifié notre compréhension de la Voie Lactée. En utilisant des techniques sophistiquées et des outils avancés tels que le satellite Gaia et APOGEE, ils ont révélé un ralentissement surprenant des vitesses de rotation des étoiles aux confins de la galaxie, remettant en question les hypothèses précédentes sur la distribution de la matière noire dans la Voie Lactée. Leurs recherches soulignent la nature dynamique de l’exploration spatiale et soulèvent de nouvelles questions pour les futures investigations. Cela incite à une réévaluation des modèles galactiques existants et propulse la communauté scientifique vers la découverte des mystères plus profonds de notre univers, en particulier pour comprendre la nature insaisissable de la matière noire.

L’étude complète a été publiée dans le journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Questions fréquemment posées

– Quelle a été la principale découverte de l’étude ?
La principale découverte de l’étude a été que la courbe de rotation de la Voie Lactée indique un ralentissement inattendu des vitesses de rotation des étoiles aux confins de la galaxie, suggérant une possible révision de la distribution de la matière noire dans la galaxie.

– Quels outils ont été utilisés pour mener à bien cette recherche ?
Les chercheurs ont utilisé des données du télescope spatial Gaia et de l’enquête terrestre APOGEE pour analyser plus de 33 000 étoiles à travers la Voie Lactée.

– Quelles pourraient être les implications de cette étude pour l’avenir ?
Les conclusions de cette étude pourraient mener à une reconsidération des modèles galactiques existants et à des recherches futures visant à mieux comprendre la nature de la matière noire et l’évolution des galaxies.

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Source: Journal Le Soir

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