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Une ancienne galaxie fantôme détectée à la périphérie de la Voie lactée

par Maxwell Moe, astrophysicien, NASA Einstein Fellow, University of Arizona via Imperial College London.

Une énorme galaxie «fantôme», considérée comme l’une des plus anciennes de l’univers, a été détectée à la périphérie de la Voie lactée en novembre 2018 par une équipe d’astronomes qui ont découvert l’objet massif en parcourant les nouvelles données du satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne.

L’objet, nommé Antlia 2, a évité la détection grâce à sa densité extrêmement faible ainsi qu’une cachette parfaite dans la zone d’évitement, nommée par Edwin Hubble en 1929, derrière le linceul du disque de la Voie lactée – une région pleine de poussière et une surabondance d’étoiles brillantes près du centre galactique .

Révélé par Gaia Spacecraft Data

« C’est le fantôme d’une galaxie », a déclaré Gabriel Torrealba, astrophysicien à l’Institut d’astronomie et d’astrophysique Academia Sinica (ASIAA) d’ObjecTaiwan et auteur principal de l’article. « Des objets aussi diffus que Ant 2 n’ont tout simplement jamais été vus auparavant. Notre découverte n’a été possible que grâce à la qualité des données de Gaia. Gaia est capable de creuser dans la zone d’évitement, dit-il, car elle fournit des mouvements appropriés de haute qualité des étoiles derrière le disque central de notre galaxie de la Voie lactée. Autrement dit, il est capable de suivre les étoiles lorsqu’elles se déplacent dans la sphère céleste.

Dans l’image ci-dessus, Antlia 2 est la galaxie faible à droite ; La Voie lactée est au centre ; et le LMC est affiché sur la gauche.

La mission Gaia de l’ESA a produit le catalogue d’étoiles le plus riche à ce jour, comprenant des mesures de haute précision de près de 1,7 milliard d’étoiles et révélant des détails inédits sur notre galaxie. Plus tôt en 2018, la deuxième publication de données de Gaia a mis de nouveaux détails sur les étoiles de la Voie lactée à la disposition des scientifiques du monde entier.


Explorer notre Voie lactée multidimensionnelle

Zone d’évitement – La moitié de la Voie lactée est terra incognito

Optiquement, la zone d’évitement revient à « essayer de regarder à travers un tissu de velours – noir aussi noir que possible », explique Thomas Dame, directeur du centre de données du radiotélescope du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et radioastronome principal du Smithsonian.

« En termes de traçage et de compréhension de la structure en spirale, essentiellement la moitié de la Voie lactée est terra incognito. » Même certaines des explosions les plus brillantes de notre Voie lactée sont manquées si elles se produisent de l’autre côté de notre Galaxie. Par exemple, bien que la supernova de Kepler en 1604 ait été la supernova la plus récente à être directement observée dans notre Galaxie, les astronomes ont récemment détecté via les rayons X et les ondes radio un reste de supernova qui n’a que 140 ans près du centre galactique.

La carte de notre Voie lactée est une carte encore incomplète.

La carte incomplète

« C’est la chose la plus importante en astrophysique » – le « Saint Graal » de l’astronomie est de fournir une perspective claire de notre relation avec l’univers physique. La carte de notre galaxie, la Voie lactée, en fait partie, une carte encore incomplète.

Notre système solaire dérive entre deux bras en spirale sur ses bords extérieurs, à quelque 27 000 années-lumière de son centre. Au-delà de cela, comme les anciens marins marins, aucun vaisseau spatial n’a jamais voyagé au-delà du disque central opaque pour faire demi-tour et prendre sa photo.

C’est comme essayer de regarder à travers un tissu de velours

« La zone d’évitement est essentiellement la partie du ciel obscurcie par le disque de la Voie lactée vue de la Terre », a déclaré Torrealba.

« Le disque de la Voie lactée contient beaucoup de gaz et d’étoiles, ce qui le rend extrêmement encombré et complexe. » Mais l’équipe a pu utiliser une centaine d’étoiles pulsantes anciennes et pauvres en métal, appelées « RR Lyrae », pour sonder l’intérieur et finalement identifier Antlia 2.

Ant 2 – « La pointe d’un iceberg? »

« Comparé au reste des quelque 60 satellites de la Voie lactée, Ant 2 est un excentrique », a déclaré le co-auteur Matthew Walker, également de l’Université Carnegie Mellon. « Nous nous demandons si cette galaxie n’est que la pointe d’un iceberg, et la Voie lactée est entourée d’une grande population de naines presque invisibles similaires à celle-ci. »

L’ASIAA découvre la galaxie la plus diffuse de l’univers — « Antlia 2 »


L’une des plus anciennes galaxies naines de l’univers

Torrealba dit qu’Antlia 2 est probablement l’une des plus anciennes galaxies naines de l’univers, mais lui et ses collègues sont toujours perplexes quant à la façon dont elle est devenue si diffuse.

« Une possibilité est qu’Antlia 2 était beaucoup plus massive dans le passé, et qu’en tombant dans la Voie lactée, elle a perdu sa masse pour devenir plus diffuse », a déclaré Torrealba. Un problème avec cette idée, dit Torrealba, est que plutôt que de grandir, les galaxies ont tendance à rétrécir en même temps qu’elles perdent des étoiles.

La taille géante de l’objet, dit l’astronome Sergey Koposov de l’Université Carnegie Mellon présente un puzzle, d’accord avec Torrealba. « Normalement, lorsque les galaxies perdent de la masse au profit des marées de la Voie lactée, elles rétrécissent au lieu de grandir. »

Répartition de la matière noire

« Une autre explication possible de l’apparence extraordinaire d’Antlia 2 », a écrit Koposov dans un e-mail à dailygalaxy.com , « est qu’il y a quelque chose qui ne va pas avec la théorie actuellement privilégiée de la matière noire froide qui prédit que la matière noire devrait être étroitement emballée dans les centres des galaxies. . Si la distribution de la matière noire est cependant plus duveteuse, cela peut faciliter la formation de galaxies comme Antlia 2 », a-t-il ajouté.

Les naines ont été les premières galaxies de l’Univers


Lorsque des structures ont émergé au début de l’Univers, les naines ont été les premières galaxies à se former, et la plupart de leurs étoiles sont donc anciennes, de faible masse et pauvres en métaux. Mais comparé aux autres satellites nains connus de notre Galaxie, Ant 2 est immense : il est aussi grand que le Grand Nuage de Magellan (LMC), et un tiers de la taille de la Voie lactée elle-même.

Ant 2 – beaucoup trop grand pour sa luminosité ou beaucoup trop faible pour sa taille

Ce qui rend Ant 2 encore plus inhabituel, c’est le peu de lumière qu’il émet. Comparé au LMC, un autre satellite de la Voie lactée, Ant 2 est 10 000 fois plus faible. En d’autres termes, il est soit beaucoup trop grand pour sa luminosité, soit beaucoup trop sombre pour sa taille.

Les chercheurs à l’origine de l’étude actuelle – de Taïwan, du Royaume-Uni, des États-Unis, d’Australie et d’Allemagne – ont recherché les nouvelles données Gaia pour les satellites de la Voie lactée en utilisant les étoiles RR Lyrae. Ces étoiles sont vieilles et pauvres en métaux, typiques de celles trouvées dans une galaxie naine. Les RR Lyrae changent de luminosité avec une période d’une demi-journée et peuvent être localisées grâce à ces impulsions bien définies.

Etoiles RR Lyrae

« RR Lyrae avait été trouvé dans tous les satellites nains connus, donc quand nous en avons trouvé un groupe assis au-dessus du disque galactique, nous n’avons pas été totalement surpris », a déclaré le co-auteur Vasily Belokurov de l’Institut d’astronomie de Cambridge. « Mais lorsque nous avons regardé de plus près leur emplacement dans le ciel, il s’est avéré que nous avons trouvé quelque chose de nouveau, car aucun objet précédemment identifié n’est apparu dans aucune des bases de données que nous avons parcourues. »

L’équipe a contacté des collègues du télescope anglo-australien (AAT) en Australie, mais lorsqu’ils ont vérifié les coordonnées d’Ant 2, ils ont réalisé qu’ils avaient une fenêtre d’opportunité limitée pour obtenir des données de suivi. Ils ont pu mesurer les spectres de plus de 100 étoiles géantes rouges juste avant que le mouvement de la Terre autour du Soleil ne rende Ant 2 inobservable pendant des mois.

Les spectres ont permis à l’équipe de confirmer que l’objet fantomatique repéré était bien réel : toutes les étoiles se déplaçaient ensemble. Ant 2 ne s’approche jamais trop près de la Voie lactée, restant toujours à au moins 40 kiloparsecs (environ 130 000 années-lumière). Les chercheurs ont également pu obtenir la masse de la galaxie, bien inférieure à celle attendue pour un objet de sa taille.

Etoiles RR Lyrae variables

Ant 2 est né énorme

S’il est impossible de gonfler la galaxie naine en en retirant de la matière, alors Ant 2 doit être né énorme. L’équipe n’a pas encore découvert le processus exact qui a rendu Ant 2 si étendu. Bien que des objets de cette taille et de cette luminosité n’aient pas été prédits par les modèles actuels de formation de galaxies, on a récemment émis l’hypothèse que certaines naines pourraient être gonflées par une formation vigoureuse d’étoiles. Les vents stellaires et les explosions de supernova repousseraient le gaz inutilisé, affaiblissant la gravité qui lie la galaxie et permettant à la matière noire de dériver également vers l’extérieur.

« Même si la formation d’étoiles pouvait remodeler la distribution de la matière noire dans Ant 2 telle qu’elle a été assemblée, elle a dû agir avec une efficacité sans précédent », a déclaré le co-auteur Jason Sanders, également de Cambridge.

Une physique importante peut être manquante

Alternativement, la faible densité d’Ant 2 pourrait signifier qu’une modification des propriétés de la matière noire est nécessaire. La théorie actuellement privilégiée prédit que la matière noire se tasse étroitement au centre des galaxies. Étant donné à quel point la nouvelle naine semble être duveteuse, une particule de matière noire moins encline à se regrouper peut être nécessaire.

L’écart entre Ant 2 et le reste des naines galactiques est si large que cela pourrait bien être une indication que certaines physiques importantes manquent dans les modèles de formation des galaxies naines. Résoudre le puzzle Ant 2 peut aider les chercheurs à comprendre comment les premières structures de l’univers primitif ont émergé.

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