La galaxie de la Voie lactée. Crédit d'image: Serge Brunier. Cliquez pour agrandir
La plus importante des galaxies satellites de la Voie lactée - une paire de galaxies appelées Nuages de Magellan - semble interagir avec la matière sombre fantomatique de la Voie lactée pour créer une mystérieuse chaîne dans le disque galactique qui a intrigué les astronomes pendant un demi-siècle.
La chaîne, visible le plus clairement dans le mince disque d'hydrogène gazeux imprégnant la galaxie, s'étend sur tout le diamètre de 200000 années-lumière de la Voie lactée, avec le soleil et la terre assis quelque part près du pli. Leo Blitz, professeur d'astronomie à l'Université de Californie à Berkeley, et ses collègues, Evan Levine et Carl Heiles, ont cartographié cette chaîne et l'ont analysée en détail pour la première fois, sur la base d'une nouvelle carte galactique de l'hydrogène gazeux (HI) les émissions.
Ils ont découvert que la couche de gaz atomique vibre comme un tambour et que la vibration se compose presque entièrement de trois notes, ou modes.
Les astronomes avaient précédemment rejeté les nuages magellaniques - constitués des grands et petits nuages magellaniques - comme cause probable de la déformation galactique car les masses combinées des galaxies ne représentent que 2% de celles du disque. Cette masse était jugée trop petite pour influencer un disque massif équivalent à environ 200 milliards de soleils pendant l'orbite des nuages de 1,5 milliard d'années de la galaxie.
Néanmoins, le théoricien Martin D. Weinberg, professeur d'astronomie à l'Université du Massachusetts à Amherst, s'est associé à Blitz pour créer un modèle informatique qui prend en compte la matière noire de la Voie lactée, qui, bien qu'invisible, est 20 fois plus massive que toute matière visible dans la galaxie combinée. Le mouvement des nuages à travers la matière noire crée un sillage qui renforce leur influence gravitationnelle sur le disque. Lorsque cette matière noire est incluse, les Nuages de Magellan, sur leur orbite autour de la Voie lactée, reproduisent de très près le type de chaîne observé dans la galaxie.
"Le modèle produit non seulement cette chaîne dans la Voie lactée, mais pendant le cycle de rotation des nuages magellaniques autour de la galaxie, il semble que la Voie lactée flotte dans la brise", a déclaré Blitz, directeur du Laboratoire de radioastronomie d'UC Berkeley.
"Les gens essaient de voir ce qui crée cette chaîne depuis très longtemps", a déclaré Weinberg. "Notre simulation n'est pas encore un ajustement parfait, mais elle a beaucoup de caractère des données réelles."
Levine, un étudiant diplômé, présentera les résultats des travaux à Washington, D.C., le 9 janvier lors d'une session de 10 heures sur la structure galactique lors de la réunion de l'American Astronomical Society. Blitz résumera le travail plus tard dans la journée à 12 h 30. point de presse dans la salle Wilson C de l'hôtel Marriott Wardman Park.
L'interaction des nuages magellaniques avec la matière noire de la galaxie pour produire une déformation énigmatique dans la couche d'hydrogène rappelle le paradoxe qui a conduit à la découverte de la matière noire il y a environ 35 ans. Alors que les astronomes construisaient de mieux en mieux des télescopes capables de mesurer les vitesses des étoiles et du gaz dans les régions extérieures de notre galaxie, ils ont découvert que ces étoiles se déplaçaient beaucoup plus rapidement que ce à quoi on pourrait s'attendre du nombre et de la masse observés des étoiles dans toute la Voie lactée. Ce n'est qu'en invoquant une notion alors hérétique, que 80% de la masse de la galaxie était trop sombre pour être vue, que les astronomes pouvaient concilier les vitesses avec les théories connues de la physique.
Bien que personne ne connaisse la véritable identité de cette matière noire - le consensus actuel est qu'il s'agit de matière exotique plutôt que d'étoiles normales trop faibles pour être vues - les astronomes en tiennent désormais compte dans leurs simulations de la dynamique cosmique, que ce soit pour expliquer l'effet de lentille les galaxies et les amas de galaxies ont sur la lumière des galaxies de fond, ou pour décrire l'évolution des amas de galaxies dans le premier univers.
Certains physiciens, cependant, ont mis au point une théorie alternative de la gravité appelée Modified Newtonian Dynamics, ou MOND, qui cherche à expliquer ces observations sans recourir à la croyance en une grande quantité de masse non détectée dans l'univers, comme un éléphant invisible dans la pièce. Bien que MOND puisse expliquer certaines choses, Weinberg pense que la théorie aura du mal à expliquer la chaîne de la Voie lactée.
«Sans un halo de matière noire, la seule chose que le disque de gaz peut ressentir est la gravité directe des nuages magellaniques eux-mêmes, qui s'est avérée dans les années 1970 ne pas fonctionner», a-t-il déclaré. "Il semble mauvais pour MOND, dans ce cas."
Étant donné que de nombreuses galaxies ont des disques déformés, une dynamique similaire pourrait également les expliquer. Quoi qu'il en soit, les chercheurs affirment que leurs travaux suggèrent que les déformations fournissent un moyen de vérifier l'existence de la matière noire.
Le point de départ de cette recherche a été de nouvelles données spectrales publiées l’été dernier sur les émissions d’hydrogène de 21 centimètres dans la Voie lactée. L'enquête, Leiden-Argentina-Bonn ou LAB Survey of Galactic HI, a fusionné une étude du ciel nordique menée par des astronomes aux Pays-Bas (l'enquête Leiden / Dwingeloo) avec une étude du ciel austral de l'Instituto Argentino de Radioastronom? A. Les données ont été corrigées par des scientifiques de l'Institut de radioastronomie de l'Université de Bonn, en Allemagne.
Blitz, Levine et Heiles, professeur d'astronomie à l'Université de Berkeley, ont pris ces données et ont produit une nouvelle carte détaillée de l'hydrogène atomique neutre dans la galaxie. Cet hydrogène, distribué dans un plan aux dimensions semblables à celles d'un disque compact, se condense finalement en nuages moléculaires qui deviennent des pépinières stellaires.
Avec la carte en main, ils ont pu décrire mathématiquement la chaîne comme une combinaison de trois types de vibrations différents: un battement du bord du disque de haut en bas, une vibration sinusoïdale comme celle vue sur une tête de tambour et une oscillation en forme de selle. Ces trois «notes» sont à environ 3 millions d'octaves en dessous du milieu C.
"Nous avons trouvé quelque chose de très surprenant, que nous pouvions décrire la chaîne par trois modes de vibration, ou trois notes, et seulement trois", a déclaré Blitz, notant que cette description mathématique assez simple de la chaîne avait échappé à la vue des astronomes depuis la chaîne. découverte en 1957.
«Nous essayions en fait d’analyser une structure de« festonnage »plus complexe du disque, et cette structure vibratoire simple et élégante vient d’apparaître», a ajouté Levine.
La chaîne actuelle dans le disque de gaz est une combinaison de ces trois modes de vibration, laissant la moitié du disque galactique coller au-dessus du plan des étoiles et du gaz, tandis que l'autre moitié plonge sous le disque avant de remonter encore plus loin vers l'extérieur du centre de la galaxie. Les résultats de cette analyse seront publiés dans un prochain numéro du Astrophysical Journal.
Weinberg a pensé qu'il pouvait expliquer dynamiquement la déformation observée et a utilisé des ordinateurs pour calculer l'effet des nuages magellaniques en orbite autour de la voie lactée, labourant le halo de matière noire qui s'étend loin dans l'orbite des nuages.
Ce que lui et Blitz ont découvert, c'est que le sillage des nuages à travers la matière noire excite une vibration ou une résonance au centre du halo de matière noire, ce qui fait que le disque intégré dans le halo oscille fortement dans trois modes distincts. Le mouvement combiné au cours d'une orbite de 1,5 milliard d'années des nuages magellaniques rappelle les bords d'une nappe battant au vent, car le centre du disque est coincé.
"Nous pensons souvent que la chaîne est statique, mais cette simulation montre qu'elle est très dynamique", a déclaré Blitz.
Blitz, Levine et Heiles poursuivent leur recherche d’anomalies dans la structure du disque de la Voie lactée. Weinberg espère utiliser les données et l'analyse du groupe UC Berkeley pour déterminer la forme du halo de matière noire de la Voie lactée.
La recherche du groupe UC Berkeley est soutenue par la National Science Foundation. Weinberg est en partie soutenu par la NASA et la NSF.
Source d'origine: communiqué de presse de l'UC Berkeley
