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La masse de la Voie Lactée est bien inférieure à ce que nous pensions

Quelle est la taille de la Voie Lactée ? C’est une question facile à poser, mais difficile à répondre. Imaginez qu’il y ait une seule cellule dans votre corps essayant de déterminer votre masse totale, et vous aurez une idée de la difficulté que cela peut être. Malgré les défis, une nouvelle étude a calculé la masse exacte de notre galaxie, et elle est plus petite que nous le pensions.

Une façon de déterminer la masse d’une galaxie est de regarder ce qu’on appelle son nom. Courbe de rotation. Mesurer la vitesse des étoiles dans une galaxie en fonction de leur distance par rapport au centre de la galaxie. La vitesse à laquelle une étoile tourne est proportionnelle à la quantité de masse sur son orbite, donc à partir de la courbe de rotation d’une galaxie, vous pouvez attribuer une fonction de masse à chaque rayon et avoir une bonne idée de sa masse totale. Nous avons mesuré les courbes de rotation de nombreuses galaxies proches comme Andromède, nous connaissons donc assez précisément les masses de nombreuses galaxies.

Mais comme nous sommes dans la Voie Lactée elle-même, nous n’avons pas une bonne vue sur les étoiles de la galaxie. Vers le centre de la galaxie, il y a beaucoup de gaz et de poussières Je ne peux même pas voir les étoiles de l’autre côté. Nous avons donc mesuré la courbe de spin en utilisant de l’hydrogène neutre, qui émet une faible lumière d’une longueur d’onde d’environ 21 centimètres. Celles-ci ne sont pas aussi précises que les mesures stellaires, mais elles nous donnent une idée approximative de la masse de notre galaxie. Nous avons également étudié les mouvements des amas globulaires en orbite dans le halo de la Voie lactée. À partir de ces observations, notre meilleure estimation de la masse de la Voie lactée est d’environ un billion de masses solaires, plus ou moins.

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Répartition des étoiles observées par les sondages Gaia. Source : Données : ESA/Gaia/DPAC, A. Khalatyan (AIP) et équipe StarHorse ; Carte de la galaxie : NASA/JPL-Caltech/R. Nuire

Cette nouvelle étude est basée sur la troisième publication de données du vaisseau spatial Gaia. Il contient les positions de plus de 1,8 milliard d’étoiles et les mouvements de plus de 1,5 milliard d’étoiles. Bien que cela ne représente qu’une fraction des 100 à 400 milliards d’étoiles estimées dans notre galaxie, c’est un nombre suffisamment important pour calculer une courbe de rotation précise. Et c’est exactement ce que l’équipe a fait. La courbe de rotation qui en résulte est si précise que l’équipe a pu identifier ce que l’on appelle le pendage de Kepler. Il s’agit de la région externe de la Voie Lactée où les vitesses stellaires commencent à diminuer à peu près selon les lois de Kepler puisque la quasi-totalité de la masse galactique est plus proche du centre galactique.

Le plongeon de Kepler permet à l’équipe de fixer une limite supérieure claire à la masse de la Voie lactée. Ce qu’ils ont découvert était surprenant. La meilleure correspondance avec leurs données est que la masse est d’environ 200 milliards de masses solaires, soit un cinquième des estimations précédentes. La limite supérieure absolue de masse de la Voie lactée est de 540 milliards, ce qui signifie que la masse de la Voie lactée est au moins la moitié de celle que nous pensions. Compte tenu de la quantité de matière normale connue dans la galaxie, cela signifie que la Voie lactée contient beaucoup moins de matière noire que nous le pensions.

référence: Jiao, Yongjun et coll. « Détection du creux képlérien de la courbe de rotation de la Voie Lactée« . préimpression arXiv arXiv :2309.00048 (2023).

Delphine Perrault

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