Vue fractionnée de la galaxie visible de la Voie lactée par rapport à son monde souterrain galactique. Crédit : Université de Sydney
Une nouvelle étude crée la première carte des anciennes étoiles mortes de notre galaxie.
Dans la première carte du “monde souterrain galactique”, une étude de l’Université de Sydney a révélé un vaste cimetière qui s’étend sur trois fois la hauteur de la
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Un cimetière qui s’étend sur trois fois la hauteur de la Voie lactée a été révélé dans la première carte du «monde souterrain galactique» – une carte des cadavres de soleils autrefois massifs qui se sont depuis effondrés dans des trous noirs et des étoiles à neutrons. Cela montre également que près d’un tiers des objets ont été projetés hors de la galaxie.
“Ces restes compacts d’étoiles mortes montrent une distribution et une structure fondamentalement différentes de la galaxie visible”, a déclaré David Sweeney, doctorant au Sydney Institute for Astronomy de l’Université de Sydney. Il est l’auteur principal de l’article “The Galactic underworld: the spatial distribution of compact remnants” qui a été publié dans le dernier numéro de Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
“La” hauteur “du monde souterrain galactique est plus de trois fois plus grande dans la Voie lactée elle-même”, a ajouté Sweeney. “Et un incroyable 30% des objets ont été complètement éjectés de la galaxie.”
Couleur de haut en bas et vue latérale de la galaxie visible de la Voie lactée. Crédit : Université de Sydney
Trous noirs et étoiles à neutrons se forment lorsque des étoiles massives – plus de huit fois plus grandes que notre Soleil – épuisent leur carburant et s’effondrent soudainement. Cet effondrement déclenche une réaction d’emballement qui fait exploser les parties extérieures de l’étoile dans un titanesque explosion de supernova. Dans le même temps, le noyau continue de se comprimer jusqu’à ce que, selon sa masse de départ, il devienne soit un
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Dans les étoiles à neutrons, le noyau est si dense que les électrons et les protons sont obligés de se combiner au niveau subatomique en neutrons. Cela comprime sa masse totale dans une sphère incroyablement dense plus petite qu’une ville. Si la masse de l’étoile d’origine est supérieure à 25 fois celle de notre Soleil, cet effondrement provoqué par la gravité se poursuit jusqu’à ce que le noyau soit si dense que même la lumière ne puisse s’échapper. C’est devenu un trou noir. Les deux types de cadavres stellaires déforment l’espace, le temps et la matière qui les entourent.
Couleur de haut en bas et vue latérale du monde souterrain galactique de la Voie lactée. Crédit : Université de Sydney
Bien que des milliards de ces carcasses exotiques aient dû se former depuis que la galaxie était jeune, elles ont été projetées dans l’obscurité de l’espace interstellaire par les supernovas qui les ont créées. Par conséquent, ils ont glissé au-delà de la vue et de la connaissance des astronomes – jusqu’à maintenant.
En recréant soigneusement le cycle de vie complet des anciennes étoiles mortes, les enquêteurs ont construit la première carte détaillée montrant où se trouvent leurs cadavres.
“L’un des problèmes pour trouver ces objets anciens est que, jusqu’à présent, nous ne savions pas où chercher”, a déclaré le co-auteur de l’article, le professeur Peter Tuthill, de l’Institut d’astronomie de Sydney. “Les étoiles à neutrons et les trous noirs les plus anciens ont été créés lorsque la galaxie était plus jeune et formée différemment, puis soumises à des changements complexes s’étalant sur des milliards d’années. Cela a été une tâche majeure de modéliser tout cela pour les trouver.
Les étoiles à neutrons et les trous noirs nouvellement formés sont conformes à la galaxie d’aujourd’hui, les astronomes savent donc où regarder. Mais les étoiles à neutrons et les trous noirs les plus anciens sont comme des fantômes qui hantent encore une maison démolie il y a longtemps, ils sont donc plus difficiles à trouver.
Image en nuage de points d’une Voie lactée, vue de dessus et de côté. Crédit : Université de Sydney
“C’était comme essayer de trouver le cimetière mythique des éléphants”, a déclaré le professeur Tuthill, faisant référence à un endroit où, selon la légende, les vieux éléphants vont mourir seuls, loin de leur groupe. “Les os de ces rares étoiles massives devaient être là-bas, mais ils semblaient s’envelopper de mystère.”
Sweeney a ajouté : « Le problème le plus difficile que j’ai eu à résoudre pour traquer leur véritable distribution était de tenir compte des « coups de pied » qu’ils reçoivent dans les moments violents de leur création. Les explosions de supernova sont asymétriques et les restes sont éjectés à grande vitesse – jusqu’à des millions de kilomètres par heure – et, pire encore, cela se produit dans une direction inconnue et aléatoire pour chaque objet.
Nuage de points de haut en bas et vue latérale du monde souterrain galactique de la Voie lactée. Crédit : Université de Sydney
Mais rien dans l’univers ne reste immobile longtemps, donc même connaître l’ampleur probable des coups de pied explosifs n’était pas suffisant : les chercheurs ont dû plonger dans les profondeurs du temps cosmique et reconstruire leur comportement sur des milliards d’années.
“C’est un peu comme au snooker”, a déclaré Sweeney. “Si vous savez dans quelle direction la balle est frappée et avec quelle force, vous pouvez déterminer où elle finira. Mais dans l’espace, les objets et les vitesses sont simplement beaucoup plus grands. De plus, la table n’est pas plate, donc les restes stellaires suivent des orbites complexes traversant la galaxie.
“Enfin, contrairement à une table de billard, il n’y a pas de friction – donc ils ne ralentissent jamais. Presque tous les vestiges jamais formés sont toujours là-bas, glissant comme des fantômes dans l’espace interstellaire.
Les modèles complexes qu’ils ont construits – en collaboration avec le Dr Sanjib Sharma, chercheur à l’Université de Sydney, et le Dr Ryosuke Hirai de l’Université Monash – ont codé où les étoiles sont nées, où elles ont rencontré leur fin ardente et leur éventuelle dispersion à mesure que la galaxie évoluait.
Le résultat final est une carte de distribution de la nécropole stellaire de la Voie lactée.
“C’était un peu un choc”, a déclaré le Dr Sharma. “Je travaille tous les jours avec des images de la galaxie visible que nous connaissons aujourd’hui, et je m’attendais à ce que le monde souterrain galactique soit subtilement différent, mais similaire dans les grandes lignes. Je ne m’attendais pas à un changement de forme aussi radical.
Dans les cartes générées, les bras spiraux caractéristiques de la Voie lactée disparaissent dans la version “monde souterrain galactique”. Ceux-ci sont entièrement effacés en raison de l’âge de la plupart des vestiges et des effets de flou des coups de pied énergétiques des supernovae qui les ont créés.
Encore plus intrigant, la vue latérale montre que le monde souterrain galactique est beaucoup plus “gonflé” que la Voie lactée – un résultat de l’énergie cinétique injectée par les supernovae les élevant dans un halo autour de la Voie lactée visible.
“La découverte la plus surprenante de notre étude est peut-être que les coups de pied sont si forts que la Voie lactée perdra entièrement certains de ces vestiges”, a déclaré le Dr Hirai. “Ils sont frappés si fort qu’environ 30% des étoiles à neutrons sont projetées dans l’espace intergalactique, pour ne jamais revenir.”
Tuthill a ajouté : « Pour moi, l’une des choses les plus intéressantes que nous ayons trouvées dans ce travail est que même le voisinage stellaire local autour de notre Soleil est susceptible d’être traversé par ces visiteurs fantomatiques. Statistiquement, notre vestige le plus proche ne devrait être qu’à 65 années-lumière : plus ou moins dans notre arrière-cour, en termes galactiques.
“La partie la plus excitante de cette recherche est encore devant nous”, a déclaré Sweeney. « Maintenant que nous savons où chercher, nous développons des technologies pour partir à leur chasse. Je parie que le «monde souterrain galactique» ne restera pas enveloppé de mystère très longtemps.
Référence : « The Galactic underworld : the spatial distribution of compact remnants » par David Sweeney, Peter Tuthill, Sanjib Sharma et Ryosuke Hirai, 25 août 2022, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
DOI : 10.1093/mnras/stac2092
