Combien pèse notre galaxie, la Voie lactée ?

Quel est le poids de la Voie lactée ? Il semble impossible de s’en faire une idée à partir de notre petite planète, mais les astronomes ont leurs méthodes. Récemment, une équipe a utilisé les données de Hubble et du satellite Gaia pour effectuer la mesure la plus précise possible de la masse de notre galaxie en étudiant les mouvements des amas d’étoiles qui orbitent la Voie lactée.

Image d’entête : Cette illustration montre l’architecture fondamentale de la galaxie, la Voie lactée : un disque spiralé, un renflement central et un halo diffus d’étoiles et d’amas globulaires. (NASA/ ESA/ A. Feild (STScI))

Les précédentes estimations de sa masse donnent un large éventail de possibilités. On pense que la Voie lactée fait pencher la balance entre 500 milliards de masses solaires (une masse solaire équivaut à celle du Soleil) et jusqu’à 3 000 milliards de masses solaires.

Le nouveau résultat se situe au milieu de cette fourchette, à environ 1,5 mille milliards de masses solaires. Dans le schéma général, cela fait de la Voie lactée une galaxie de masse moyenne supérieure. Les plus légères font dans les 1 milliard de masses solaires, tandis que les plus lourdes peuvent atteindre les 30 000 milliards.

Il est intéressant de noter que la grande majorité de la masse de la Voie lactée est invisible. Les centaines de milliards d’étoiles dans la galaxie ne représentent que quelques pour cent, et même le trou noir supermassif au centre n’est qu’une goutte dans l’océan à 4 millions de masses solaires.

Le reste est lié à la mystérieuse matière noire . Bien qu’il s’agisse du type de matière le plus abondant de l’univers, elle est effectivement invisible, car elle n’interagit pas avec la lumière et seulement à peine avec la matière ordinaire. Alors, comment savoir si elle est là ? Par son influence gravitationnelle sur ce que nous pouvons voir.

Et c’est ainsi que les astronomes ont réussi à mesurer la masse de la Voie lactée. Plus une galaxie est lourde, plus orbite des objets qui lui tournent autour sont rapides, ce qui permet aux scientifiques de suivre leur vitesse et de calculer la masse. Dans ce cas, les objets en question sont des amas globulaires, d’anciens amas d’étoiles qui orbitent autour de la Voie lactée.

Cette représentation artistique montre un modèle généré par ordinateur de la Voie Lactée et les positions précises des amas globulaires qui l’entourent utilisés dans cette étude. (ESA/Hubble/ NASA/ L. Calçada)

L’équipe a utilisé les données de Hubble et Gaia pour mesurer la vitesse à laquelle des douzaines de ces amas se déplaçaient dans le ciel. Les deux télescopes spatiaux ont des avantages différents qui se complètent à merveille : Hubble ne peut regarder qu’une zone relativement petite à la fois, mais peut voir plus loin. Gaia, quant à lui, est conçue pour balayer une plus grande partie du ciel, mais le fait de façon plus superficielle.

Les chercheurs ont examiné les mesures de Gaia de 34 amas globulaires jusqu’à 65 000 années-lumière de distance, ainsi que les données de Hubble sur 12 amas jusqu’à 130 000 années-lumière de distance. En les combinant en points d’ancrage, l’équipe a pu estimer la répartition de la masse de la Voie lactée, qui s’étend jusqu’à près de 1 million d’années-lumière de la Terre.

(A gauche) Une image du télescope spatial Hubble d’une partie de l’amas globulaire NGC 5466. Elle fait partie des 150 îles compactes d’étoiles qui orbitent autour de notre galaxie la Voie lactée. (A droite) Pour mesurer la vitesse de l’amas, des images de Hubble prises à dix ans d’intervalle ont été comparées. La vue de Hubble est si nette qu’elle peut être utilisée pour mesurer le mouvement des étoiles de l’amas par leurs positions décalées entre les époques d’observation. Une grille en arrière-plan permet d’illustrer le mouvement stellaire de l’amas de premier plan (situé à 52 000 années-lumière de distance). Remarquez que les galaxies de fond (en haut à droite du centre, en bas à gauche du centre) ne semblent pas se déplacer parce qu’elles sont beaucoup plus éloignées, plusieurs millions d’années-lumière. (NASA/ ESA/ S.T. Sohn et J. DePasquale/ STScI)

S’il peut sembler inutile de savoir que la Voie lactée pèse environ 1,5 mille milliards de soleils, de nombreuses mesures importantes en dépendent, des mesures qui améliorent notre compréhension de notre propre galaxie et des autres, ainsi que de l’univers tout entier.

Selon Roeland van der Marel, un des auteurs de l’étude :

Nous voulons connaître plus précisément la masse de la Voie lactée afin de la situer dans un contexte cosmologique et de la comparer à des simulations de galaxies dans l’univers en évolution. Ne pas connaître la masse précise de notre galaxie pose un problème pour beaucoup de questions cosmologiques.

L’étude publiée dans The Astrophysical Journal et disponible sur le site de prépublication arXiv : Evidence for an Intermediate-Mass Milky Way from Gaia DR2 Halo Globular Cluster Motions. Présentée sur le site du Hubble : What Does the Milky Way Weigh? Hubble and Gaia Investigate et sur le site de l’ESA : hubble and gaia accurately weigh the milky way heic1905.