Le Petit Nuage de Magellan (SMC) a longtemps été considéré comme une galaxie naine solitaire proche de la Voie lactée. Mais une étude qui vient d'être acceptée pour publication par The Astrophysical Journal suggère que le SMC ne serait pas un seul corps, mais deux, situés exactement l'un derrière l'autre vus de la Terre.
Les deux nuages de Magellan (le grand et le petit) sont sous l’influence gravitationnelle de la Voie Lactée et sont sur le point de la traverser. Le grand, le LMC, ressemble à une galaxie à disque, mais ce que nous voyons du petit, le SMC, en revanche, est de forme irrégulière, et il fait les deux tiers de la masse du LMC. Ce qui rend le SMC particulièrement intéressant, ce sont ses conditions interstellaires nettement différentes de celles de la Voie Lactée. En particulier, le SMC a une faible métallicité qui est de seulement 20% de la métallicité solaire, ce qui en fait un excellent laboratoire pour étudier la physique du milieu interstellaire à un redshift plus élevé, où des conditions à faible métallicité devraient prévaloir.
Mais la structure de la ligne de visée du SMC n’est toujours pas bien contrainte, en grande partie à cause du fait que différents traceurs d’observation fournissent des images disparates de sa géométrie. Par exemple, les populations stellaires les plus anciennes du SMC sont réparties sphériquement dans un rayon de 7 à 12 kpc et ne montrent pas de signes significatifs de rotation, sauf dans la région très centrale (au sein ± 1 kpc du centre optique du SMC). Les étoiles avec des distances mesurables (étoiles en amas rouges ou variables céphéides, RR Lyrae) sont fortement dispersées le long de la ligne de visée (environ 20 à 30 kpc en profondeur. En revanche, les jeunes étoiles de la séquence principale et de la branche des géantes rouges affichent un gradient de vitesse radiale qui indique une rotation. De plus, la distribution des vitesses des étoiles dans le centre du SMC présente des signes de perturbation de marée du fait du Grand Nuage de Magellan (LMC). Il existe de plus en plus de preuves de la présence de sous-structures distinctes le long de la ligne de visée dans le SMC. De plus, il existe une bimodalité bien connue en termes de distance qui est observée dans les étoiles en amas rouges du côté est du système et récemment retrouvé dans tout le SMC (Subramanian et al.,2017; Tatton et coll.,2021; Omkumar et coll.,2021; Almeida et coll.,2023). De plus, une analyse chimique récente des étoiles de la branche des géantes rouges dans le SMC présente des distributions complexes à la fois en termes de vitesse radiale et de métallicité, suggérant que l'enrichissement chimique dans le système n'a pas été uniforme, indiquant soit une forte influence de la formation d'étoiles ou des sous-structures chimiquement distinctes.
En plus de populations stellaires diversement structurées, le gaz du SMC est aussi fortement perturbé. On sait notamment que l'émission d'hydrogène neutre (H I) dans le SMC montre plusieurs pics de vitesse radiale distincts. Cette structure avait été initialement interprétée dans les années 1960 comme la présence de deux sous-systèmes séparés dans l'espace. Mathewson et Ford avaient ensuite montré en 1984 que les vitesses des étoiles, des régions H II et des nébuleuses planétaires du SMC correspondaient à celles du gaz H I , et concluaient que le SMC avait été gravement déchiré par ses interactions avec le LMC, en accord avec les principaux modèles théoriques de l'époque. L'interprétation largement répandue est que le gaz à faible vitesse doit être devant, étant donné que l'absorption optique est généralement associée au pic H I de faible vitesse. Mais l’interprétation de ces résultats n’a pas toujours nécessité la présence de deux composantes distinctes. Par exemple, une étude récente des filaments gazeux dans le SMC établit que les filaments des composants à basse et haute vitesse montrent une préférence pour être alignés les uns avec les autres, ce qui suggère qu'ils doivent être physiquement liés d'une manière ou d'une autre.
Ces incohérences d'observation ont traditionnellement été expliquées par le fait que le SMC aurait été gravement perturbé par ses récentes interactions avec le LMC voisin. Bien que des observations précises des mouvements propres des étoiles dans le LMC et le SMC indiquent que les deux nuages sont probablement sur leur première chute dans le halo de la Voie Lactée, les histoires de la formation d'étoiles qui peuvent être résolues spatialement montrent que les deux galaxies ont interagi l'une avec l'autre à plusieurs reprises au cours des dernières gigannées. Ces interactions ont produit une multitude de débris à la périphérie des deux nuages. Les astrophysiciens pensent notamment que les nuages ont probablement fait une collision directe il y a 150 mégannées environ. Ces interactions ont produit des champs de débris gazeux qui sont connus sous les noms de Leading Arm, Bridge and Stream. Etant la plus massive des deux galaxies d'un facteur 10, le LMC a survécu à cette histoire d'interaction mouvementée sous la forme d'un disque rotatif.
Pour poursuivre l'étude de la complexité du Petit Nuage de Magellan, Claire Murray (Space Telescope Science Institute) et son équipe ont donc entrepris de réétudier à la fois les étoiles du système et son gaz. Pour sonder le gaz du SMC, les chercheurs ont exploité l'Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), un réseau de 36 radiotélescopes composé de 36 paraboles de 12 mètres de diamètre pour cartographier les ondes radio émises par l’hydrogène atomique. Ils ont ensuite tracé l'emplacement et la vitesse de milliers de jeunes étoiles du SMC âgées de moins de 10 millions d'années, à l'aide du télescope européen Gaia.
En suivant les mouvements des nuages de gaz au sein du SMC et des jeunes étoiles récemment formées en leur sein, les astrophysiciens ont trouvé des preuves de l'existence de deux pépinières d'étoiles distantes de plusieurs milliers d'années-lumière. En supposant que les étoiles jeunes se déplaceraient encore de concert avec les nuages de gaz à partir desquels elles se sont formées, Murray et ses collaborateurs ont identifié deux nuages de formation d'étoiles distincts avec différents niveaux d'enrichissement en éléments lourds. Et en mesurant la quantité de lumière des deux nuages qui est absorbée par la poussière située entre eux et la Terre, ils ont calculé que l’un est plus éloigné que l’autre. Avec les données, les chercheurs ont construit un modèle du SMC qui dit que les deux nuages sont distants de 5 kpc (16 000 années-lumière) le long de la ligne de visée, plus précisément à 61 et 66 kpc (198 900 et 215 200 années-lumière) de la Voie Lactée. Ce résultat renforce les indices précédents qui avaient été observés.
La question demeure de savoir s’il s’agit de deux objets distincts qui ont dérivé l’un près de l’autre en raison de leur gravité mutuelle ou bien si l’un est un débris tiré de l’autre par une rencontre rapprochée avec une autre galaxie telle que le LMC. Selon Murray et ses collaborateurs, le fait que les deux parties semblent contenir des masses de gaz similaires suggère plutôt l’existence de deux systèmes sans connexion.
Source
A Galactic Eclipse: The Small Magellanic Cloud is Forming Stars in Two, Superimposed Systems
Claire E. Murray et al.
accepté pour publication dans The Astrophysical Journal
https://arxiv.org/abs/2312.07750
Illustration
1. Le petit nuage de Magellan vu au dessus du grand nuage de Magellan et de l'Observatoire de Paranal (JUAN CARLOS MUNOZ-MATEOS/ESO)
2. Densité du gaz H I dans les structures "avant" et "arrière" (Claire E. Murray et al.)
3. Claire Murray
Aucun commentaire :
Enregistrer un commentaire