Douze pour le dîner : comment la Voie lactée « mange » des amas et des galaxies plus petits que les étoiles

Les astronomes font un pas de plus vers la révélation de la matière noire qui enveloppe notre Voie lactée, grâce à une nouvelle carte de douze flux d’étoiles en orbite autour de notre halo galactique.

Comprendre ces courants d’étoiles est très important pour les astronomes. En plus de révéler la matière noire qui retient les étoiles sur leurs orbites, les courants nous renseignent également sur la composition et l’histoire de la Voie lactée. En particulier, l’analyse a révélé comment la Voie lactée s’est développée régulièrement au cours de milliards d’années en se déchirant et en consommant des systèmes stellaires plus petits.

« Nous voyons ces courants être perturbés par l’attraction gravitationnelle de la Voie lactée, et ils sont finalement devenus une partie de la Voie lactée », a déclaré l’Université de Toronto. Professeur Ting Li, auteur principal du journal. « Cette étude nous donne un aperçu des habitudes alimentaires de la Voie lactée, comme les types de systèmes stellaires plus petits qui la « mangent ». À mesure que notre galaxie vieillit, elle grossit. »

Le professeur Lee et une équipe de collaborateurs d’institutions du monde entier, dont l’Université de Chicago, ont lancé un programme personnalisé appelé Levé spectroscopique du Southern Stellar Stream (S5) Mesurer les propriétés de plusieurs courants stellaires. Ils ont mesuré les vitesses des étoiles en utilisant Télescope anglo-australien, un télescope optique de 4 mètres en Australie. Lee et son équipe ont utilisé un décalage de lumière Doppler – la même propriété que les pistolets radars utilisent pour détecter les conducteurs à grande vitesse – pour détecter la vitesse à laquelle les étoiles individuelles se déplacent.

Les propriétés des courants stellaires révèlent la présence de la matière noire invisible de la Voie lactée. « Pensez à un arbre de Noël », a déclaré le professeur agrégé. Gerant F. Lewis de l’Université de Sydney.  » Par une nuit noire, nous voyons les lumières de Noël, mais nous ne voyons pas l’arbre autour duquel elles sont enroulées. Mais la forme des lumières révèle la forme de l’arbre.  » C’est la même chose avec les courants stellaires – leurs orbites révèlent matière noire.

En plus de mesurer leurs vitesses, les astronomes peuvent utiliser ces observations pour calculer la composition chimique des étoiles et nous dire où elles sont nées.

« Les courants stellaires peuvent provenir soit de galaxies perturbatrices, soit d’amas d’étoiles », a déclaré Asst. Professeur Alex J à l’Université de Chicago, co-auteur de l’étude. « Les étoiles nues d’un amas ont toutes la même composition chimique car elles sont nées en même temps, tandis que les étoiles nues d’une galaxie ont des compositions différentes. Ces deux types de flux fournissent des informations différentes sur la nature de la matière noire. »

Selon Li, ces nouvelles observations sont nécessaires pour déterminer comment notre galaxie de la Voie lactée est issue de l’univers sans relief après le Big Bang. « Pour moi, c’est l’une des questions les plus intéressantes, une question sur nos origines ultimes », m’a-t-il dit. « C’est pourquoi nous construisons S5 et construisons une collaboration internationale pour résoudre ce problème. »

Contrairement aux études précédentes qui se concentraient sur un flux à la fois, « S5 est dédié à la mesure du plus grand nombre de flux possible, ce que nous pouvons faire très efficacement avec les capacités uniques du télescope anglo-australien », a déclaré le co-auteur, le professeur Daniel Zucker de Université Macquarie. .

La clé du succès du S5 a également été le retour de mission spatiale européenne jaya. « Gaya nous a fourni des mesures fascinantes des positions et des mouvements des étoiles, qui sont essentielles pour identifier les membres des courants stellaires », a déclaré Sergueï Koposov, lecteur en astronomie observationnelle à l’Université d’Édimbourg et l’un des auteurs de l’étude.

L’équipe de Lee prévoit de produire davantage de mesures des courants stellaires dans la Voie lactée. En attendant, elle est satisfaite de ces résultats comme point de départ. « Au cours de la prochaine décennie, il y aura beaucoup d’études spécialisées sur les courants stellaires », m’a dit Lee. « Nous sommes les entrepreneurs et les pionniers de la route dans ce voyage. Ce sera très excitant! »

Les autres co-auteurs d’UCicago sur le papier sont Nora Shipp, Ph.D. 21, maintenant au MIT. Étudiant de premier cycle Kian Tavangar, BS’21; et assistante. Professeur Alex Drelka Wagner.

Les résultats ont été acceptés pour publication dans l’American Astronomical Society Journal d’Astrophysique. Une version préliminaire de la version acceptée peut être trouvée ici.

Citation : « S5 : Caractéristiques tropicales et chimiques d’une douzaine de courants stellaires. » Lee et les autres Journal d’Astrophysique, 2022.

Financement : NASA, National Science Foundation, Australian Research Council, programme de bourses Scientia de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud, Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique, Thacher Research Award, Carnegie Fellowship.