gov-civil-vilareal.ptQuelle est la masse de la Voie lactée ?
>Une chose étrange à propos de l'astronomie est que l'une des choses les plus difficiles de tout l'Univers à comprendre est la galaxie de la Voie lactée.
C'est comme en savoir beaucoup sur votre quartier, la ville voisine et même votre état, mais pas vraiment en savoir plus sur votre propre maison.
Pour être juste, c'est comme essayer de comprendre votre maison mais ne pas être autorisé à quitter votre placard. Nous sommes à l'intérieur de la Voie lactée, coincés à mi-chemin du centre, et tout ce que nous apprenons à ce sujet, nous l'apprenons ici. La bonne nouvelle est que nous, les humains, sommes vraiment, vraiment intelligents.
Nous avons inventé les télescopes ! Et nous avons découvert comment observer la galaxie de différentes manières, et nous avons appris qu'il s'agit d'un disque plat avec des bras spiraux, entourant une sphère bombée d'étoiles, entourant un noyau avec un énorme trou noir au centre. Il y a aussi un halo d'étoiles qui entoure le tout. Nous avons même des chiffres décents sur la taille de chaque composant, et même la masse pour la plupart d'entre eux.
La plupart… mais pas tous . Le disque, le renflement et le noyau sont tous constitués de ce que nous appelons de la matière normale, des atomes et des électrons et des protons et des neutrons et des trucs comme ça. Au fil des ans, nous avons pu déterminer la masse de ces composants, principalement parce que nous pouvons les voir et les mesurer.
ce qui est commuté à la naissance évalué
Mais ce halo est un problème. Il contient également de la matière normale, principalement sous forme d'étoiles, mais le fait est que la majorité est composée de matière noire , des choses que nous ne pouvons pas voir et que nous ne pouvons que déduire.
La bonne nouvelle est que la matière noire est toujours de la matière, et cela signifie qu'elle a Masse , et ce signifie qu'il a de la gravité. Et cela signifie (j'en reçois peut-être trop, cela signifie profondément ici, mais c'est le dernier) que nous pouvons déterminer sa masse en fonction de la façon dont sa gravité affecte d'autres éléments à l'intérieur.
Et il y a des choses à l'intérieur du halo que nous pouvons voir, à savoir des amas globulaires. En combinant les données du télescope spatial Hubble avec de nouvelles mesures à l'aide du phénoménal observatoire Gaia, les astronomes ont maintenant compris la masse du halo de la Voie lactée : c'est 1.54 mille milliards fois la masse du Soleil.
C'est beaucoup. C'est une grande galaxie ! Mais le plaisir est dedans comment ils ont fait ça .
La carte la plus récente de la Voie lactée est présentée dans une représentation d'artiste. Le Soleil est directement sous le centre galactique, près de l'éperon d'Orion. Les bras Scutum-Centaurus balayent vers la droite et au-dessus, allant derrière le centre vers le côté éloigné. Le maser observé est presque directement en face du Soleil depuis le centre du bras S-C, à 65 000 années-lumière. Crédit: NASA/JPL-Caltech/R. Blessé (SSC/Caltech)
Un exemple : dans notre système solaire, la masse écrasante la plus grande est le Soleil. Si vous mesurez la vitesse à laquelle une planète orbite autour du Soleil, combinée à sa distance, vous pouvez déterminer la masse du Soleil (car la vitesse orbitale de la planète est déterminée par la gravité du Soleil, qui dépend de sa masse).
C'est plus compliqué pour la galaxie, où la masse est plus étalée, mais le principe est le même. Isaac Newton a montré que la gravité que vous ressentez d'un objet est la masse totale entre toi et ça. Peu importe que le Soleil soit un tout petit point ou qu'il remplisse l'orbite de la planète, la gravité ressentie par la planète est la même. Seule la masse à l'intérieur de l'orbite de la planète compte.
Il en va ainsi pour la Voie Lactée. Si vous voulez obtenir la masse de la Voie lactée, vous devez repérer un objet en orbite très éloigné, puis mesurer sa vitesse autour de la galaxie pour calculer toute la masse galactique à l'intérieur de son orbite. C'est assez difficile, car un objet à des dizaines de milliers d'années-lumière peut crier dans l'espace, mais il est si loin que le mouvement apparent est petit.
Mais : Nous avons de très bons télescopes. Et ce mouvement peut parfois être mesuré.
Le spectaculaire amas globulaire NGC 1466. Crédit : ESA / Hubble & NASA
Entrer amas globulaires . Ce sont des collections de centaines de milliers ou de millions d'étoiles maintenues ensemble par leur propre gravité, et elles ressemblent à des abeilles scintillantes entourant une ruche. La Voie lactée compte au moins 157 de ces amas, tous en orbite autour du centre galactique. Beaucoup sont proches, et donc peu utiles pour obtenir la masse de la galaxie (plus la galaxie est éloignée, plus elle est entourée par l'orbite, donc mieux c'est), mais un bon nombre sont en effet très éloignés.
L'observatoire de l'Agence spatiale européenne Gaia a été conçu pour observer plus d'un milliard d'étoiles dans notre galaxie et déterminer leur position, leurs couleurs et leur mouvement. Il ne fait pas de discrimination ; il regarde toutes les étoiles qu'il peut, et beaucoup d'entre elles sont dans des globulaires. Cela signifie que nous avons le mouvement dans le ciel de bon nombre de ces amas. Combiné avec des mesures minutieuses de leur lumière pour obtenir leur décalage Doppler , cela nous donne une vitesse tridimensionnelle de ces clusters !
Une image animée montrant le mouvement de l'amas globulaire NGC 5466 (à gauche) vu par le télescope spatial Hubble sur dix ans. Le gros plan (à droite) montre les étoiles se déplaçant en groupe avec des galaxies de fond beaucoup plus éloignées semblant stationnaires. Crédit: NASA, ESA et S.T. Sohn et J. DePasquale (STScI)
Les astronomes qui ont effectué ce travail ont utilisé 34 de ces amas sur 75 mesurés par Gaia qui correspondaient à leurs besoins, et leur distance variait de 6 500 à près de 70 000 années-lumière du centre galactique. Ils l'ont également fait avec des amas encore plus éloignés (jusqu'à près de 130 000 années-lumière) mesurés par Hubble. Cela a ajouté 16 de plus à leur décompte.
Ils ont pu obtenir tout ce dont ils avaient besoin pour ensuite calculer la masse de la galaxie. C'est quand même pas facile ! Par exemple, les amas internes vus par Gaia étaient plus nombreux, et ils ont donc obtenu de meilleures statistiques avec eux, mais ils ne sont pas assez loin pour obtenir la masse totale de la galaxie ; le halo galactique s'étend au-delà d'eux, et ils ne peuvent pas mesurer sa masse avec eux. Les clusters Hubble ont aidé, mais il y en avait moins, donc les statistiques étaient un peu plus compliquées (bien qu'ils aient obtenu des estimations de masse totale différentes en utilisant les deux populations de clusters différentes, les deux nombres étaient dans l'incertitude statistique l'un de l'autre, ce qui signifie qu'ils 'sont indiscernables statistiquement).
Une simulation de la Voie lactée entourée de clsuters globulaires, utilisant des données de position réelles. Crédit: ESA / Hubble, NASA, L. Road, M.Kormesser
En fin de compte, ils ont dû extrapoler au-delà de ces clusters étant donné ce que nous savons de la forme et de la taille du halo, mais encore une fois, les chiffres qu'ils ont obtenus étaient cohérents. Pour être honnête, ils ont obtenu 1,54 billion de fois la masse du Soleil, avec une incertitude de +0,75 billion et -0,44 billion… cela pourrait donc être entre 0,79 et 2,29 billion.
Cela place la Voie lactée parmi les grandes galaxies de l'Univers (que nous connaissions). Beaucoup sont plus grands, mais la plupart sont beaucoup plus petits.
Alors pourquoi faire ça ? Quelle est notre masse totale ?
Oui! Par exemple, la masse de notre galaxie est importante pour comprendre les satellites qui la gravitent. Il y a des discussions sur le comportement des deux plus gros, les grands et les petits nuages de Magellan. Vont-ils finir par entrer en collision ? Sont-ils vraiment en orbite autour de nous ou ne font-ils que passer ? Notre masse y participe.
Illustration d'une épave de train cosmique : la collision Voie lactée/galaxie d'Andromède, dans quatre milliards d'années. Crédit: NASA, ESA, Z. Levay et R. van der Marel (STScI), T. Hallas et A. Mellinger
Finalement, la galaxie d'Andromède entrera en collision avec nous ( dans environ 4,6 milliards d'années ). Comment cela se passe dépend beaucoup de notre masse. La détermination de la masse de la Voie lactée nous renseigne également sur la structure de notre galaxie, et même sur son rôle dans la structure à plus grande échelle de l'Univers. Et cela nous dit aussi, assez simplement, que notre galaxie est-elle typique ? Sommes-nous comme les autres galaxies à certains égards, différents à d'autres ? Nous utilisons notre environnement local comme modèle pour comprendre ce qui se cache au-delà, qu'il s'agisse de notre maison dans un quartier de centaines d'autres ou de notre galaxie parmi des milliards.
C'est un peu paroissial, bien sûr, mais c'est un bon point de départ. Et, comme nous l'avons constaté maintes et maintes fois, l'Univers a un moyen d'ajuster notre perspective initiale, de diminuer nos préjugés et de renforcer notre appréciation de la diversité dans le cosmos.
J'ai toujours pensé que, malgré le comportement froid et indifférent de l'Univers dans son ensemble, c'est une leçon profonde que je peux utiliser dans ma propre vie. Peut-être que vous pouvez aussi.
