mardi 21 juillet 2015

Une étoile intruse dans le centre de la Galaxie

C'est en observant une centaine d'étoiles de type RR Lyrae, des vieilles étoiles pulsantes situées non loin du centre de notre galaxie, qu'une équipe d'astronomes a découvert que l'une d'entre elles avait une vitesse pas du tout normale. Elle semble carrément traverser le bulbe galactique de part en part au lieu de suivre une rotation classique.


Schéma montrant une orbite possible pour l'étoile MACHO 176.18833.411,
figurée ici par l'étoile rouge. Le soleil est représenté par le point jaune.
A son point  le plus éloigné, l'étoile vagabonde se retrouve à environ
100 000 années-lumière du centre galactique. (AIP/J. Fohlmeister/A. Kunder) 
C'est en calculant la vitesse des étoiles que les astronomes, menés par la jeune chercheuse allemande Andrea Kunder du Leibniz Institute for Astrophysics de Potsdam, ont mis le doigt sur cette étoile nommée MACHO 176.18833.411, qui est désormais la RR Lyrae la plus rapide connue, avec une vitesse de 482 km/s par rapport au référentiel de la Galaxie. Les astronomes ont exploité le fait que les étoiles RR Lyrae ont toutes environ la même luminosité et sont pulsantes, ce qui permet de calculer leur distance avec une bonne précision, et donc de remonter le temps et de calculer la trajectoire passée de l'étoile.
Et c'est là que la surprise grandit encore plus : MACHO 176.18833.411 ne peut pas être une étoile du bulbe galactique mais provient de bien au dessus du plan galactique, de la région qu'on appelle le halo, et elle se trouve aujourd'hui par hasard dans le bulbe à seulement environ 3000 années-lumière du centre galactique, avec d'autres RR Lyrae, mais elle est différente des autres car elle se meut à grande vitesse et s'échappera du bulbe et du disque galactique.

Rappelons que ce qu'on appelle le bulbe de la Galaxie est une région de 10 000 années-lumière peuplée de nombreuses étoiles entourant le centre de la Galaxie en une sorte de boursouflure du disque. On y trouve notamment de nombreuses vieilles étoiles, du gaz et de la poussière en quantités. On estime que c'est là que résident les plus anciennes étoiles de la galaxie, donc une zone très prisée des astrophysiciens et astrophysiciennes.

Andrea Kunder (AIP)
Cette étude est le fruit d'un projet appelé BRAVA-RR (Bulge RR Lyrae Radial Velocity Assay) dont l'objectif est de discriminer les très vieilles étoiles du bulbe des autres de zones proches. Jusqu'à aujourd'hui, plus de 38000 étoiles RR Lyrae ont été identifiées dans le bulbe galactique grâce à des grands relevés photométriques. Andrea Kunder et son équipe exploitent le relevé spectroscopique RAVE (Radial Velocity Experiment) qui utilise le télescope de 1,2 m de l'Australian Astronomical Observatory pour déterminer de nombreux paramètres sur les étoiles du bulbe comme leur vitesse avec une précision de 1,5 km/s, leur température effective, leur gravité de surface, leur métallicité (composition chimique), mais aussi leur distance avec une précision de 20%. RAVE est à ce jour le plus grand relevé spectroscopique d'étoiles de la Voie Lactée mis à disposition de la communauté des astrophysiciens.
MACHO 176.18833.411, malgré sa grande vitesse et sa trajectoire très elliptique, reste tout de même retenue par le champ gravitationnel de la Galaxie, mais de justesse, sa vitesse est juste inférieure à la vitesse de libération galactique, au-delà de laquelle elle s'échapperait à l'infini dans le milieu intergalactique ... Ce que montrent Andrea Kunder et ses collaborateurs internationaux, c'est que de telles étoiles peuvent "contaminer" le bulbe galactique en laissant penser qu'elles en font partie alors qu'elles ne sont que de passage.

Pouvoir retracer la trajectoire passée (et future) des étoiles est une donnée puissante pour comprendre les processus dynamiques qui sont en jeu, et qui ne sont pas visibles à la simple observation contemplative de ces milliards de petits points de lumière dans le ciel.

Source :
A High-velocity Bulge RR Lyrae Variable on a Halo-like Orbit
Andrea Kunder et al
Astrophysical Journal Letters 808, L12, (july 2015)

3 commentaires :

blackhole a dit…

Bonjour,
"leur vitesse avec une précision de 1,5 km/s, ..., mais aussi leur distance avec une précision de 20%"
Comment peut-on assurer une précision de 1.5km/s alors qu'on ne connait la distance qu'à 20% prés ?

Dr Eric SIMON a dit…

C'est que la vitesse n'est simplement pas déduite de la valeur de la distance (on ne mesure pas un dx/dt). La distance des RR Lyrae est obtenue via leur luminosité, ce sont des chandelles cosmiques un peu à l'instar des SN Ia. Et la vitesse, par décalage des longueurs d'ondes.

Pascal a dit…

Bonjour,
la vitesse mesurée par décalage spectral avec une précision de 1.5 km/s est la composante radiale de la vitesse réelle ; pour connaitre cette dernière, il faut aussi avoir la composante tangentielle, donc le déplacement angulaire sur le fond du ciel ET la distance, dont l'imprécision devrait donc bien impacter la mesure finale, non ? (sauf si par chance la trajectoire de l'étoile est proche de la ligne de visée, ou qu'on connait par ailleurs l'orientation de cette trajectoire) ; le même type de problème se pose pour la détermination de la masse des exoplanètes par vélocimétrie, on n'a qu'une limite inférieure si on ne connait pas le plan de l'orbite.