Les astronomes ont résolu un mystère scientifique vieux d'un demi-siècle, identifiant l'étoile associée à un flux de gaz cosmique émanant de deux galaxies proches. Pendant près de cinquante ans, les astronomes à la recherche d’étoiles dans le courant magellanique sont revenus les mains vides. Le flux de Magellan est une vaste bande de gaz qui s'étend sur près de 300 diamètres visuels lunaires à travers le ciel de l'hémisphère sud, traînant derrière les nuages de Magellan, les deux plus proches voisins cosmiques de notre Voie lactée.
Aujourd’hui, la longue recherche des étoiles est enfin terminée. Des chercheurs de l'Université Harvard et du Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) et leurs collègues ont identifié l'emplacement de 13 étoiles dont les distances, les mouvements et les compositions chimiques les placent dans le mystérieux flux d'étoiles.
Le positionnement de ces étoiles a désormais permis de déterminer la véritable distance du flux magellanique, révélant qu'il s'étend de 150 000 à plus de 400 000 années-lumière. Ces découvertes ouvrent la voie à la cartographie et à la modélisation du flux magellanique avec des détails sans précédent, fournissant ainsi de nouvelles informations sur l’histoire et les caractéristiques de notre galaxie et de ses voisines.
"Le flux magellanique domine le ciel de l'hémisphère sud, et nos travaux ont finalement découvert une structure stellaire que les gens recherchaient depuis des décennies", a déclaré Vedant Chandra, doctorant en astronomie et astrophysique au CfA et premier auteur d'une nouvelle étude publiée dans The Astrophysical Journal.
"La formation des flux et des nuages de Magellan, ainsi que leurs interactions passées et futures avec notre galaxie", a déclaré le co-auteur Charlie Conroy, professeur d'astronomie magellanique et mentor de Chandra. "Avec ces résultats et d'autres similaires, nous espérons acquérir une compréhension plus approfondie de la formation des courants magellaniques et des nuages magellaniques, ainsi que de leurs interactions passées et futures avec notre galaxie."
Aperçu des nuages de Magellan
Le Grand Nuage de Magellan et le Petit Nuage de Magellan sont des galaxies satellites naines de la Voie Lactée. Le Grand Nuage de Magellan et le Petit Nuage de Magellan sont des galaxies satellites naines de la Voie Lactée. Leurs lumières brumeuses et brillantes peuvent être vues à l’œil nu et sont connues des hommes depuis l’Antiquité. À mesure que des télescopes de plus en plus puissants devenaient disponibles, les astronomes étaient capables de détecter des phénomènes trop faibles pour être observés à l'œil nu et, au début des années 1970, ils découvrirent un énorme flux d'hydrogène apparemment éjecté des nuages de Magellan.
Des études des gaz contenus dans le flux magellanique ont en outre montré que le flux magellanique est constitué de deux filaments entrelacés, chacun provenant d'un nuage de Magellan. Ces caractéristiques suggèrent que la gravité de la Voie lactée pourrait avoir fait sortir le courant magellanique des nuages. Cependant, la manière exacte dont le courant magellanique s’est formé reste insaisissable, en grande partie parce que sa composition stellaire putative reste insaisissable.
Résolvez le mystère des étoiles
Chandra aborde ce problème à travers un projet ambitieux, qui a débuté en 2021 alors qu'il étudiait pour son doctorat au CfA. Chandra a consulté Conroy sur certains sujets de recherche intéressants, et Conroy a dirigé Chandra vers le territoire inexploré de la Voie Lactée. Puisque notre système solaire se trouve carrément dans le disque de la Voie Lactée elle-même, les étoiles clairsemées situées aux confins de la Voie Lactée ont été mal étudiées, comme un spectateur près de la scène lors d'un concert essayant de voir quelqu'un à la périphérie de la foule.
Cependant, au cours de la dernière décennie, des catalogues approfondis compilés par de nouveaux instruments - notamment le vaisseau spatial Gaia de l'Agence spatiale européenne - ont commencé à espionner des objets stellaires qui pourraient être ces étoiles frontières insaisissables. Le télescope Chandra, par l'intermédiaire du CfA et du MIT, a accédé au télescope Magellanbad de 6,5 mètres de l'observatoire de Las Campanas au Chili et a mené un projet visant à effectuer une analyse spectrale de 200 étoiles éloignées de la Voie lactée.
Analyse spectrale du flux magellanique
La spectroscopie consiste à collecter suffisamment de lumière provenant d'objets célestes pour détecter certaines caractéristiques imprimées dans les bandes de couleur de la lumière, qui, comme les empreintes digitales, peuvent identifier de manière unique des éléments chimiques individuels. Par conséquent, ces caractéristiques révèlent la composition chimique du corps céleste et expliquent son origine. De plus, ces caractéristiques changent en fonction de la distance de l'objet, permettant aux astronomes de discerner où va un objet (comme une étoile) et d'où il vient.
Dans l'étude de Chandra, l'analyse spectrale a identifié un groupe de 13 étoiles dont les distances et les vitesses se situaient bien dans la plage attendue du flux magellanique. De plus, les abondances chimiques des étoiles correspondent à celles des nuages de Magellan, comme par exemple une absence flagrante d'éléments plus lourds que les astronomes appellent métaux. "Ces 13 étoiles viennent de disparaître de notre ensemble de données", a déclaré le co-auteur de l'étude Rohan Naidu, ancien étudiant diplômé du CfA et maintenant chercheur postdoctoral Hubble au MIT.
Grâce à ces étoiles, les chercheurs ont obtenu des mesures fiables de distance et de portée du courant magellanique, confirmant que son origine est la capture gravitationnelle de la Voie lactée. De plus, les chercheurs ont pu calculer la distribution globale des gaz du flux magellanique avec une plus grande confiance que les estimations précédentes. La distribution du gaz suggère que le flux est en réalité deux fois plus massif que ce qui est généralement estimé.
Ce résultat prédit à son tour que la Voie Lactée sera remplie de nouvelles formations d'étoiles à l'avenir, car selon des observations précédentes, des flux d'étoiles tombent activement dans notre galaxie. Par conséquent, le flux galactique est le principal fournisseur de gaz neutre froid nécessaire à la création de nouvelles étoiles dans la Voie Lactée.
L'avenir de la recherche sur les galaxies
"Le flux magellanique est la principale source de chaleur stellaire dans la Voie lactée : c'est notre petit-déjeuner, notre déjeuner et notre dîner", a déclaré Ana Bonaca, co-auteure de l'étude, ancienne boursière postdoctorale de l'ITC au CfA et maintenant scientifique aux observatoires Carnegie. "La Voie lactée pourrait finir par être plus grosse qu'on ne le pensait initialement, selon de nouvelles estimations de masse plus élevées du courant magellanique."
Une étude plus approfondie du courant magellanique pourrait également aider les astronomes à en apprendre davantage sur la composition de la Voie lactée. Parce que l’on pense que les flux de Magellan retracent les trajectoires passées des nuages de Magellan, la simulation de l’évolution du Grand Nuage de Magellan relativement massif à travers les flux de Magellan contribuera à améliorer les mesures de la distribution de masse de la Voie Lactée. Une grande partie de cette masse se présente sous forme de matière noire, une substance peu connue qui possède des propriétés gravitationnelles. De meilleures mesures de la masse de la Voie lactée dans son arrière-pays lointain permettront de calculer les quantités de matière ordinaire et noire, limitant ainsi les propriétés possibles de cette dernière.
"Ce qui est formidable avec un flux d'étoiles aussi énorme que le flux magellanique, c'est que nous pouvons désormais l'utiliser pour réaliser de nombreuses études astrophysiques", a déclaré Chandra. "Alors que nos études spectroscopiques se poursuivent et que nous découvrons davantage d'étoiles, nous sommes impatients de voir ce que les confins de la Voie lactée ont d'autre à nous offrir."
Référence : « Discovery of the Magellanic Stream as Far as 100kpc », auteur : Vedant Chandra, Rohan P. Naidu, Charlie Conroy, Ana Bonaca, Dennis Zaritsky, Phillip A. Cargile, Nelson Caldwell, Benjamin D. Johnson, Jiwon Jesse Han et Yuan-Sen Ting, 13 octobre 2023, « The Astrophysical Journal ».
DOI:10.3847/1538-4357/acf7bf
Source compilée : ScitechDaily