De recherches montrent qu’une section de la Voie lactée extérieure est plus grumeleuse et moins bien organisée qu’on ne le pensait

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Si nous pouvions voyager plus vite que la lumière et grimper au-dessus du plan de notre galaxie, la Voie lactée, nous verrions un disque plat avec des bras spiraux s’enrouler autour du noyau. Mais quelle forme auraient exactement ces bras en spirale? Coincés ici sans vue plongeante, nous devons appliquer d’autres méthodes pour mesurer la forme de la galaxie. En s’éloignant de l’emplacement de la Terre, les astronomes ont construit un modèle du bras spiral voisin, connu sous le nom de bras de Persée. Des travaux antérieurs ont suggéré que le bras de Persée possède une forme étroite et distincte. Cependant, de nouvelles recherches montrent qu’au moins une partie du bras de Persée peut être illusoire, sans aucune structure bien définie. L’illusion est le résultat de complexités prédites pour la première fois par W. Burton en 1971.


Notre Voie lactée est connue depuis longtemps pour être une galaxie spirale, en forme d’œuf au plat avec un renflement central bulbeux et un disque mince et plat d’étoiles. Pendant des décennies, les astronomes ont lutté pour cartographier le disque de la Voie lactée et ses bras spiraux associés. Comme le dit le vieil adage, vous ne pouvez pas voir la forêt pour les arbres, et si vous êtes au milieu de la forêt, comment pouvez-vous cartographier ses bosquets sans une vue plongeante?

Des travaux antérieurs ont suggéré que la Voie lactée est ce qu’on appelle une spirale «grande conception», avec des bras spiraux longs, étroits et bien définis. Cependant, de nouvelles recherches révèlent qu’au moins une partie de la Voie lactée externe (au-delà de l’emplacement du Soleil) est beaucoup plus grumeleuse et chaotique. “Nous avons depuis longtemps une image de la galaxie dans nos esprits, basée sur une combinaison de mesures et d’inférences”, a déclaré Josh Peek du Space Telescope Science Institute (STScI) à Baltimore, Maryland. “Ce travail remet cette image en question. Nous ne voyons aucune preuve que les éléments que nous avons connectés sont réellement connectés”.

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https://stsci-opo.org/STScI-01FPJ5KFFABDRFBMDX1W65WK0B.pngSur une carte de la Voie lactée, le bras spiral voisin situé juste au-delà du Soleil est connu sous le nom de bras de Persée. Les astronomes ont créé cette carte en mesurant les emplacements de sources radio naturelles connues sous le nom de masers (points roses dans les retraits à droite) et de nuages ​​de poussière (points bleus). En haut à droite, une zone ombrée montre la forme que l’on croyait auparavant du bras de Persée, délimitée par une combinaison de masers et de nuages ​​de poussière. De nouvelles mesures (au milieu à droite) montrent que certains de ces nuages ​​de poussière sont beaucoup plus proches ou plus éloignés du Soleil qu’on ne le pensait à l’origine. En conséquence, le bras de Persée peut être beaucoup plus dense et moins bien défini (en bas à droite). Crédits: SCIENCE : Joshua Peek (STScI) – ILLUSTRATION : Robert L. Hurt (Caltech, IPAC), Leah Hustak (STScI).

Les distances sont essentielles

Lors de la cartographie de notre galaxie, le plus grand défi consiste à trouver la distance d’une étoile, d’un amas d’étoiles ou d’un amas de gaz donné. L’étalon-or consiste à utiliser des mesures de parallaxe de sources radio naturelles appelées masers, dont certaines se trouvent dans des régions de formation d’étoiles de masse élevée. Cependant, cette technique laisse inévitablement des lacunes. Pour combler ces lacunes, les astronomes passent de l’examen des régions de formation d’étoiles aux nuages ​​de gaz, et plus précisément aux mouvements de ces nuages ​​de gaz. Dans une situation idéale, le mouvement de la ligne de visée que nous mesurons pour un nuage de gaz est directement lié à sa distance en raison de la rotation globale de la Voie lactée.

En conséquence, en mesurant les vitesses des gaz, nous pouvons déterminer les distances et donc la structure sous-jacente de la galaxie. La question devient alors, qu’en est-il d’une situation non idéale? Bien que le mouvement d’un nuage de gaz donné puisse être dominé par sa rotation autour du centre galactique, il comporte également sans aucun doute des mouvements supplémentaires plus aléatoires. Ces mouvements supplémentaires peuvent-ils perturber nos cartes?

Chunky et grumeleux

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Pour enquêter sur cette question, Peek et ses collègues ont examiné non pas le gaz, mais la poussière. En général, au sein de notre galaxie, le gaz et la poussière sont étroitement associés, donc si vous pouvez cartographier l’un, vous cartographiez également l’autre. Des cartes de poussière 3D peuvent être créées en examinant les couleurs de grandes collections d’étoiles réparties dans le ciel. Plus il y a de poussière entre l’étoile et notre télescope, plus l’étoile apparaîtra rouge par rapport à sa couleur naturelle.

Peek et son équipe ont examiné une région de l’espace connue sous le nom de bras spiral de Persée, qui se trouve au-delà de notre Soleil dans le disque galactiquede la Voie lactée. Ils ont comparé les distances mesurées via le rougissement de la poussière à celles déterminées par la relation de vitesse. Ils ont découvert que de nombreux nuages ​​ne se trouvent pas, en fait, à la distance du bras de Persée, mais s’étendent plutôt sur une distance d’environ 10 000 années-lumière. “Après tout, nous n’avons pas de bras spiraux longs et maigres, du moins dans cette partie de la galaxie. Il y a des morceaux et des grumeaux qui ne ressemblent à rien”, a expliqué Peek. “C’est une bonne possibilité que le disque extérieur de la Voie lactée ressemble à la galaxie voisine Messier 83, avec des morceaux de bras plus courts et hachés”.

Réviser notre carte

Alors que ces dernières recherches se sont concentrées sur la Voie lactée extérieure, la boursière Hubble Catherine Zucker, membre de l’équipe de Peek au STScI, prévoit d’étendre ce travail à la Voie lactée intérieure. La région à l’intérieur de l’orbite du Soleil est l’endroit où résident les bras spiraux qui forment le plus activement les étoiles.

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Zucker prévoit de créer des cartes de poussière en 3D à l’aide de relevés infrarouges à grande échelle existants pour mesurer le rougissement d’environ 1 à 2 milliards d’étoiles. En reliant ces nouvelles cartes de poussière aux relevés de vitesse du gaz existants, les astronomes peuvent affiner notre carte de la Voie lactée intérieure comme ils l’ont déjà fait avec la galaxie extérieure. «Les efforts précédents de cartographie de la poussière en 3D reposaient en grande partie sur des données à des longueurs d’onde visibles à l’œil humain. Personne n’a utilisé des données infrarouges profondes pour créer une carte de poussière 3D», a déclaré Zucker. “Nous pouvons constater que cette région, comme le bras de Persée, est plus chaotique et moins bien définie”.

Encore plus d’informations pourraient provenir du prochain télescope spatial romain Nancy Grace et de l’observatoire Vera Rubin. Le télescope spatial romain aura la capacité de cartographier l’ensemble du plan galactique en quelques centaines d’heures. De plus, ses mesures infrarouges couperont la poussière. “Nous pouvions voir clair de l’autre côté de la galaxie pour la première fois. Si une enquête comme celle-ci est sélectionnée pour Roman, ce serait époustouflant”, a déclaré Peek. Rubin, d’autre part, sera capable de faire des observations approfondies d’objets faibles à une variété de longueurs d’onde optiques. En combinant la vue infrarouge du ciel de Roman avec les données optiques profondes et multi-longueurs d’onde de Rubin, nous pouvons enfin cartographier notre propre “forêt” cosmique.

Ce travail est accepté pour publication dans The Astrophysical Journal. En voici le lien: Peek, J. & Tchernyshyov, Kirill & Miville-Deschenes, Marc-Antoine. (2021). Burton’s Curse: The Impact of Bulk Flows on the Galactic Longitude-Velocity Diagram and the Illusion of a Continuous Perseus Arm.

Source : NASA Hubble Space Telescope.

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