Les astronomes continuent d'essayer de mesurer la masse de la Voie lactée et ils continuent de trouver des nombres différents. Mais ce n'est pas qu'ils sont mauvais en mathématiques. Mesurer la masse de quelque chose d'aussi énorme que la Voie lactée est source de confusion. De plus, nous y sommes intégrés; il faut des manœuvres très habiles pour contraindre sa masse.
La masse de la Voie lactée est une question scientifique fondamentale à laquelle les astronomes tentent de répondre depuis des décennies. Le problème est que même les meilleures estimations des astronomes varient énormément. La difficulté ne vient pas de la mesure de la masse des étoiles elles-mêmes. Cela vient du défi de mesurer la matière noire.
Vous ne savez pas ce qu'est la matière noire? D'accord, Space Magazine est là pour vous aider. (Si vous savez de quoi il s'agit, vous pouvez ignorer la section suivante.)
L'obligation «Qu'est-ce que la matière noire?» Partie
Tout d'abord, la matière noire est hypothétique. Nous ne savons pas vraiment ce que c'est. Mais nous savons que c'est là, ou plutôt nous savons que quelque chose est là.
Les choses que nous pouvons voir et interagir avec sont faites de ce qu'on appelle la «matière baryonique». Elle est constituée d'atomes et c'est tout ce que nous connaissons: notre corps, les planètes, les étoiles, les lunettes de Kim Jong-un, etc. Mais la matière baryonique ne représente qu'environ 10 à 15% de la matière dans l'univers.
Nous pensons que la matière noire représente environ 85 à 90% de la matière dans l'univers. Elle est distincte de la matière ordinaire car elle n'interagit pas avec la lumière et nous ne pouvons pas la voir. C’est pourquoi on appelle cela de la matière noire.
Mais nous savons que c'est là parce que les galaxies se comportent comme si elles avaient bien plus de masse que ce que nous pouvons voir. L'allusion que c'est là est dans la gravité. Les galaxies doivent avoir plus de masse, et donc plus de gravité, que ce que nous pouvons voir dans leur matière régulière, sinon elles se sépareraient. Leur masse et leur gravité les maintiennent ensemble.
La version courte est que les choses ne pourraient tout simplement pas être ce qu'elles sont à moins qu'il n'y ait beaucoup plus de masse que ce que nous pouvons mesurer.
C’est vraiment difficile à mesurer
“Nous ne pouvons tout simplement pas détecter directement la matière noire.”
Laura Watkins, Observatoire européen austral
“Nous ne pouvons tout simplement pas détecter directement la matière noire,»Explique Laura Watkins (Observatoire européen austral, Allemagne), qui a dirigé l'équipe chargée de l'analyse. "C’est ce qui mène à l’incertitude actuelle dans la masse de la Voie lactée - vous ne pouvez pas mesurer avec précision ce que vous ne pouvez pas voir!“
Alors, comment pouvons-nous mesurer quelque chose que nous ne pouvons pas voir? Les astronomes s'affairent à mesurer l'effet de la matière noire, puis travaillent à l'envers. Mais même avec tous les efforts déployés, les estimations varient énormément, de 500 milliards de fois la masse de notre Soleil à 3 000 milliards de fois la masse de notre Soleil. C'est un énorme écart et un véritable problème lancinant en astronomie. Et c'est à cause de la difficulté de mesurer toute la matière noire.
Maintenant, une nouvelle étude menée par Laura Watkins de l'Observatoire européen austral pense qu'ils sont encore plus près de mesurer la matière noire, et donc la masse entière, de la Voie lactée. Leur nombre?
Ils disent que la Voie lactée contient 1,5 trillion de fois plus de masse que notre Soleil, ou 1,5 trillion de masses solaires, dans un rayon de 125 000 années-lumière du centre galactique.
L'étude s'appuie sur la deuxième publication de données de la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne. Les auteurs l'ont combiné avec des observations du télescope spatial Hubble.
Voyons comment les astronomes mesurent la masse de la Voie lactée.
Les astronomes ne peuvent pas simplement prendre des mesures d'échantillons d'étoiles, puis extrapoler. Cela ne fonctionne pas car ils ne peuvent pas voir toute la matière noire. Ils mesurent donc d'autres choses. Et grâce à la mission Gaia, un tas de mesures ont déjà été faites pour eux.
Entrez Gaïa et amas globulaires
Gaia est la mission de l'ESO de créer une carte 3D de la Voie lactée. C’est une mission ambitieuse, mais elle a donné de très bons résultats. Gaia a mesuré la vitesse positionnelle et radiale d'environ un milliard d'étoiles dans la Voie lactée et dans le groupe local. Cela représente environ un pour cent des étoiles de notre galaxie. Cela peut ne pas sembler beaucoup, mais la précision des mesures est également très importante, surtout quand il s'agit de mesurer la matière noire.
Certaines des quelque un milliard d'étoiles mesurées par Gaia se trouvent dans les amas globulaires proches de la Voie lactée. Les amas globulaires sont des collections sphériques d'étoiles, et environ 150 d'entre elles gravitent autour de la Voie lactée. Plus important encore, plus la galaxie est massive, plus l'orbite des amas globulaires est rapide. Et Gaia nous a donné des mesures plus précises de leur vitesse que jamais auparavant.
“Plus une galaxie est massive, plus ses amas se déplacent rapidement sous l'attraction de sa gravité.“
N. Wyn Evans, Université de Cambridge, Royaume-Uni.
“Plus une galaxie est massive, plus ses amas se déplacent rapidement sous l'attraction de sa gravité»Explique N. Wyn Evans (Université de Cambridge, Royaume-Uni). "La plupart des mesures précédentes ont trouvé la vitesse à laquelle un amas s'approche ou s'éloigne de la Terre, c'est-à-dire la vitesse le long de notre ligne de visée. Cependant, nous avons également pu mesurer le mouvement latéral des amas, à partir duquel la vitesse totale, et par conséquent la masse galactique, peuvent être calculées.“
Le Hubble aide
Plus l’amas globulaire est éloigné, plus ils nous renseignent sur la masse de la Voie lactée. Bien que Gaia ait fourni les mesures de vitesse extrêmement précises des amas, c'est le vénérable télescope spatial Hubble qui a mesuré jusqu'à 130000 années-lumière de la Terre, ajoutant une grande précision à la nouvelle mesure de masse pour la Voie lactée.
“Les amas mondiaux s'étendent sur une grande distance, ils sont donc considérés comme les meilleurs traceurs que les astronomes utilisent pour mesurer la masse de notre galaxie», A déclaré Tony Sohn (Space Telescope Science Institute, USA), qui a dirigé les mesures Hubble.
“Nous avons eu la chance d'avoir une si grande combinaison de données,», A expliqué Roeland P. van der Marel (Space Telescope Science Institute, États-Unis). "En combinant les mesures de Gaia de 34 amas globulaires avec les mesures de 12 amas plus éloignés de Hubble, nous pourrions déterminer la masse de la Voie lactée d'une manière qui serait impossible sans ces deux télescopes spatiaux.“
Pourquoi est-ce important
Et maintenant?
La masse de la Voie lactée est plus qu'une simple curiosité, c'est une partie intrinsèque et importante de questions beaucoup plus vastes. La teneur en matière noire d'une galaxie est liée à la formation et à la croissance des structures dans l'Univers.
Cette mesure plus précise de la masse de la Voie lactée nous aide à comprendre notre galaxie d'origine et sa place dans le cosmos.
Pas mal.
Sources:
- Document de recherche: Preuve d'une voie lactée de masse intermédiaire à partir des mouvements de grappe globulaire Halo de Gaia DR2
- Communiqué de presse: Hubble et Gaia pondèrent avec précision la voie lactée
