Les données astrométriques de Gaia viennent encore de fournir un résultat étonnant : de nombreuses étoiles à mouvement très rapide se dirigent non pas vers l'extérieur de notre Galaxie comme on pourrait s'y attendre, mais vers l'intérieur. Ces étoiles errantes viendraient d'autres galaxies...
Les étoiles de notre Galaxie tournent autour du centre avec une vitesse de quelques centaines de km/s. Certaines étoiles possèdent néanmoins une vitesse beaucoup plus élevée, raison pour laquelle elles sont appelées des étoiles hypervéloces. Ces dernières ont le plus souvent eu une interaction dans le passé au niveau du centre galactique, qui les a propulsées vers l'extérieur du disque galactique. Ces étoiles hypervéloces sont rares a avoir été observées, mais les données très précises de position et de vitesse fournies par Gaia sont une mine d'or pour en trouver. Pour en trouver, Tomasso Marchetti (Université de Leiden) et ses collaborateurs ont travaillé sur les 7 millions d'étoiles parmi les 1,3 milliards mesurées par Gaia, pour lesquelles on dispose à la fois des positions, des distances, des vitesses propres et des vitesses radiales (la vitesse dans l'axe de visée). Mais les chercheurs ont eu une belle surprise sur ces 7 millions, 20 d'entre elles avaient toutes les caractéristiques d'étoiles hypervéloces, avec une vitesse si élevée qu'elles devraient quitter la Galaxie. Précisons que la vitesse d’échappement varie de entre 600 km/s au centre de la galaxie à 400 km/s sur ses bords (elle vaut 530 km/s à la position du Soleil).
Mais quelque chose clochait : au lieu de se mouvoir en direction de l'extérieur de la Galaxie, la plupart des étoiles hypervéloces trouvées (13 sur 20) se dirigent au contraire vers l'intérieur du disque galactique. Les deux plus rapides ont une vitesse d'environ 700 km/s.
Les astrophysiciens pensent qu'il est possible que ces 13 étoiles proviennent de la galaxie naine satellite du Petit Nuage de Magellan, ou même de galaxies beaucoup plus lointaines.
De même que des étoiles peuvent être éjectées de notre galaxie après avoir interagi avec le trou noir galactique, d'autres galaxies peuvent en effet éjecter de la même façon quantités d'étoiles qui se retrouvent à errer dans le milieu intergalactique. Un phénomène d'éjection peut aussi avoir lieu lors de l'explosion d'une supernova dans un couple binaire.
Mais les astrophysiciens qui essayent de comprendre l'origine de ces visiteuses expliquent qu'une alternative plus locale existe. Ces étoiles pourraient être simplement des étoiles du halo galactique qui auraient pu être fortement accélérées par des interactions avec des galaxies naines étant tombées sur notre galaxie et absorbées. L'étude approfondie de ces étoiles hypervéloces apparemment fuyantes va donc être cruciale, elle permettra de déterminer leur âge et leur composition. Ces informations devraient permettre de trancher sur une origine extérieure à notre galaxie ou bien une origine galactique, en étudiant leur métallicité notamment.
En attendant, Tomasso Marchetti et son équipe vont tenter de trouver d'autres étoiles hypervéloces dans les données astrométriques de Gaia, et ils vont attendre avec impatience les futures livraisons de données du satellite à partir de 2020, qui devraient fournir des paramètres de vitesse en 3D (et encore plus précis) pour 150 millions d'étoiles, de quoi espérer plusieurs centaines voire quelques milliers d'étoiles hypervéloces dont sans doute une majorité venant vers la Galaxie.
Ces résultats montrent, si on en doutait encore, que les données de position et de vitesse des étoiles sont la source de découvertes inattendues qui permettent de mieux comprendre l'histoire de notre galaxie et des galaxies proches.
Source
Gaia DR2 in 6D: Searching for the fastest stars in the Galaxy
T. Marchetti et al.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (20 september 2018)
Illustration
Les trajectoires des étoiles hypervéloces trouvées par les auteurs. Les trajectoires en orange sont les étoiles plongeant vers la Galaxie, les rouges s'en éloignent. (ESA (vue d'artiste de la galaxie); Marchetti et al. 2018 (positions et trajectoires); NASA/ESA/Hubble (image de fond)
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