La Voie lactée : tout ce que vous devez savoir sur notre voisinage cosmique

[duJambon]

Nous vivons un âge d’or de la recherche et de l’exploration de la Voie lactée.

Mouvements des étoiles de la Voie lactée au cours des 400 000 prochaines années, d’après les données de la mission européenne Gaia.

La Voie lactée est une galaxie spirale barrée d’environ 13,6 milliards d’années, avec de grands bras pivotants qui s’étendent à travers le cosmos.

Le disque de notre galaxie natale mesure environ 100 000 années-lumière de diamètre et seulement 1 000 années-lumière d’épaisseur, selon l’observatoire de Las Cumbres .

Tout comme la Terre orbite autour du Soleil , le système solaire orbite autour du centre de la Voie lactée. Malgré une vitesse de déplacement d’environ 828 000 km/h (515 000 mph), notre système solaire met environ 250 millions d’années pour effectuer une révolution complète, selon Interesting Engineering . La dernière fois que notre planète occupait cette position, les dinosaures commençaient à peine à apparaître et les mammifères n’avaient pas encore évolué.

Si le centre de la Voie lactée était une ville, nous vivrions en banlieue, à environ 25 000 à 30 000 années-lumière du centre. La vie en périphérie est agréable ; nous nous trouvons nichés dans l’un des plus petits quartiers, le bras d’Orion-Cygne, encadré par les bras plus vastes de Persée et de Carène-Sagittaire. Si nous voyagions vers l’intérieur, en direction du centre-ville, nous trouverions les bras de l’Écu-Centaure et de Norma.

Par une nuit claire, sans pollution lumineuse, on peut apercevoir les lumières éclatantes de la cité galactique qui sillonnent le ciel nocturne. Fenêtre sur l’univers, cette bande d’un blanc laiteux composée d’étoiles, de poussière et de gaz est à l’origine du nom de notre galaxie.

Au cœur même de la Voie lactée se trouve un trou noir supermassif nommé Sagittarius A*. D’une masse équivalente à environ quatre millions de fois celle du Soleil, ce monstre engloutit tout ce qui s’approche trop près, se gavant d’une quantité considérable de matière stellaire qui lui permet de devenir un géant. En 2022, nous avons réussi à imager pour la toute première fois ce glouton au cœur de notre galaxie , grâce à une technique novatrice qui nous a permis d’observer son ombre.

Selon le Musée américain d’histoire naturelle (AMNH), notre galaxie est appelée la Voie lactée en raison de son aspect blanc laiteux lorsqu’elle traverse le ciel nocturne. Dans la mythologie grecque, cette bande laiteuse serait apparue parce que la déesse Héra aurait répandu du lait sur le ciel.

À travers le monde, la Voie lactée est connue sous différents noms. Par exemple, en Chine, on l’appelle « Rivière d’argent » et dans le désert du Kalahari en Afrique du Sud, « Épine dorsale de la nuit ».

Où se situe la Terre dans la Voie lactée ?

La Terre se situe approximativement à mi-chemin du bord de la Voie lactée, à une distance d’environ 26 000 années-lumière de son centre. Nous nous trouvons dans une formation géologique appelée l’éperon d’Orion (parfois aussi le bras d’Orion), qui est un prolongement des bras du Sagittaire et de Persée, plus vastes, situés respectivement à l’intérieur et à l’extérieur de notre position.

Quel type de galaxie est la Voie lactée ?

La Voie lactée est une grande galaxie spirale barrée, dont la barre est relativement petite comparée à celle de la plupart des galaxies de taille similaire. La barre centrale (ou bulbe central) est une structure circulaire à ovale composée d’étoiles anciennes, située au centre des galaxies spirales.

Quelle est la plus grande planète de la Voie lactée ?

La plus grande planète connue de la Voie lactée pourrait être HD 100546 b, une très grande géante gazeuse en cours de formation, dont le diamètre est environ 6,9 fois celui de Jupiter, ou 77 fois celui de la Terre.

La mesure du rayon est très incertaine, car certains matériaux environnants pourraient être confondus avec des éléments de la planète elle-même. Les plus grandes planètes dont la taille est connue avec certitude sont HAT-P-67 b et XO-6b, dont le diamètre est environ 2,1 fois celui de Jupiter. Le diamètre de ces deux planètes a été mesuré directement lors de leur transit devant leur étoile.

Étudier la Voie lactée était autrefois réputé pour sa difficulté. Les astronomes comparent parfois cette tâche à celle de tenter de décrire la taille et la structure d’une forêt tout en s’y perdant. Depuis la Terre de l’Agence spatiale européenne (ESA) , nous manquons tout simplement d’une vue d’ensemble. Mais deux télescopes spatiaux révolutionnaires, lancés depuis les années 1990, ont contribué à l’avènement d’un âge d’or pour la recherche sur la Voie lactée. Des progrès considérables ont été réalisés, notamment depuis le lancement en 2013 de la mission Gaia .

Les télescopes ont permis aux astronomes de distinguer la forme et la structure de base de certaines galaxies proches avant même de savoir qu’il s’agissait de galaxies. Mais la reconstitution de la forme et de la structure de notre propre galaxie fut un travail long et fastidieux. Il a fallu constituer des catalogues d’étoiles, cartographier leurs positions dans le ciel et déterminer leur distance à la Terre.

L’astronome néerlandais Jan Oort, parfois surnommé le maître du système galactique, fut le premier à comprendre que la Voie lactée n’est pas immobile mais en rotation, et il calcula les vitesses auxquelles les étoiles situées à différentes distances orbitent autour du centre galactique. C’est également Oort qui détermina la position de notre Soleil dans l’immensité de la galaxie. (Le nuage d’Oort , un amas de milliards de comètes très éloignées du Soleil, porte son nom.)

La structure de la Voie lactée vue du dessus du disque galactique

Peu à peu, une image complexe s’est dessinée : celle d’une galaxie spirale d’apparence tout à fait ordinaire.

Au centre de la Voie lactée se trouve un trou noir supermassif appelé Sagittarius A* . D’une masse équivalente à celle de quatre millions de soleils, ce trou noir , découvert en 1974, est observable dans le ciel grâce à des radiotélescopes situés à proximité de la constellation du Sagittaire.

Tout le reste de la galaxie gravite autour de ce puissant portail vers le néant. À proximité immédiate se trouve une région très dense de poussière, de gaz et d’étoiles appelée le bulbe galactique. Dans le cas de la Voie lactée, ce bulbe a la forme d’une cacahuète et mesure 10 000 années-lumière de diamètre, selon l’ESA . Il abrite 10 milliards d’étoiles (sur un total d’environ 200 milliards pour la Voie lactée), principalement de vieilles géantes rouges , formées aux premiers stades de l’évolution de la galaxie.

Au-delà du bulbe galactique s’étend le disque galactique . Ce disque mesure 100 000 années-lumière de diamètre et 1 000 années-lumière d’épaisseur ; il abrite la majorité des étoiles de la galaxie, dont notre Soleil. Les étoiles du disque sont dispersées dans des nuages ​​de poussière et de gaz stellaires. Lorsque nous levons les yeux vers le ciel nocturne, c’est la vue par la tranche de ce disque s’étendant vers le centre galactique qui nous émerveille.

Les étoiles du disque orbitent autour du centre galactique, formant des courants tourbillonnants qui semblent émaner du bulbe galactique comme des bras. Les recherches sur les mécanismes à l’origine de la formation des bras spiraux sont encore à leurs débuts, mais les études les plus récentes suggèrent que ces bras se forment et se dispersent sur des périodes relativement courtes, de l’ordre de 100 millions d’années (sur les 13 milliards d’années d’évolution de la galaxie).

À l’intérieur de ces bras galactiques, les étoiles, la poussière et le gaz sont plus densément compactés que dans les régions moins denses du disque galactique, et cette densité accrue favorise une formation stellaire plus intense. Par conséquent, les étoiles du disque galactique sont généralement beaucoup plus jeunes que celles du bulbe.

« Les bras spiraux sont comme des embouteillages : le gaz et les étoiles s’y concentrent et se déplacent plus lentement. Lorsque la matière traverse ces bras spiraux denses, elle est comprimée, ce qui déclenche la formation de nouvelles étoiles », a déclaré Denilso Camargo, de l’Université fédérale de Rio Grande do Sul au Brésil, dans un communiqué .

La Voie lactée possède actuellement quatre bras spiraux, selon la National Science Foundation (NSF). On distingue deux bras principaux — Persée et Écu du Centaure — et le bras du Sagittaire et le bras local, moins marqués. Les scientifiques continuent de déterminer la position et la forme exactes de ces bras à l’aide des données de Gaia.

Le disque de la Voie lactée n’est pas plat mais déformé , selon l’ESA. En tournant, il subit une précession semblable à celle d’une toupie. Cette oscillation, qui forme une immense ondulation, décrit une rotation autour du centre galactique beaucoup plus lente que celle des étoiles du disque, effectuant une rotation complète en environ 600 à 700 millions d’années. Les astronomes pensent que cette déformation pourrait être la conséquence d’une collision passée avec une autre galaxie.

La structure de la Voie lactée et son disque galactique déformé en rotation

Des amas globulaires, regroupements d’étoiles anciennes, ainsi qu’une quarantaine de galaxies naines orbitant autour de la Voie lactée ou entrant en collision avec elle, sont éparpillés autour du disque et du bulbe, selon un communiqué de l’ESA .

Le tout est entouré d’un halo sphérique de poussière et de gaz, deux fois plus large que le disque. Les astronomes pensent que la galaxie entière est plongée dans un halo encore plus vaste de matière noire invisible . Puisque la matière noire n’émet aucune lumière, sa présence ne peut être déduite qu’indirectement, par ses effets gravitationnels sur le mouvement des étoiles de la galaxie. Les calculs suggèrent que cette matière énigmatique représente jusqu’à 90 % de la masse de la galaxie.

La masse de la Voie lactée, matière noire comprise, équivaut à 1 500 milliards de masses solaires, selon de récentes estimations de la NASA . La matière visible de la galaxie est répartie entre ses 200 milliards d’étoiles , leurs planètes et les immenses nuages ​​de poussière et de gaz qui emplissent l’espace interstellaire. Les astronomes ignorent le nombre exact de planètes dans la Voie lactée, car seules quelques milliers ont été découvertes à ce jour, mais une estimation de la NASA suggère qu’il y en aurait plus de 100 milliards . Le nombre de systèmes solaires présents dans la Voie lactée demeure également un mystère, car la recherche de ces planètes se poursuit.

Où se situe le soleil dans la Voie lactée ?

Le Soleil orbite à environ 26 000 années-lumière du trou noir Sagittarius A*, situé approximativement au centre du disque galactique. Se déplaçant à une vitesse de 828 000 km/h (515 000 mph), il met 230 millions d’années pour effectuer une orbite complète autour du centre galactique.

Le Soleil se situe près du bord du bras local de la Voie lactée, l’un des deux plus petits bras spiraux de la galaxie. En 2019, grâce aux données de la mission Gaia , des astronomes ont découvert que le Soleil se déplace en quelque sorte sur une vague de gaz interstellaire longue de 9 000 années-lumière, large de 400 années-lumière et ondulant à 500 années-lumière au-dessus et en dessous du disque galactique, selon l’ESA.

Les planètes du système solaire n’orbitent pas dans le plan de la galaxie, mais sont inclinées d’environ 63 degrés.

« C’est presque comme si nous naviguions latéralement à travers la galaxie », a déclaré Merav Opher, astrophysicienne à l’université George Mason en Virginie, à Space.com.

Le Soleil orbite à environ 26 000 années-lumière du trou noir Sagittarius A*, situé approximativement au centre du disque galactique. Se déplaçant à une vitesse de 828 000 km/h (515 000 mph), il met 230 millions d’années pour effectuer une orbite complète autour du centre galactique.

Le Soleil se situe près du bord du bras local de la Voie lactée, l’un des deux plus petits bras spiraux de la galaxie. En 2019, grâce aux données de la mission Gaia , des astronomes ont découvert que le Soleil se déplace en quelque sorte sur une vague de gaz interstellaire longue de 9 000 années-lumière, large de 400 années-lumière et ondulant à 500 années-lumière au-dessus et en dessous du disque galactique, selon l’ESA.

Les planètes du système solaire n’orbitent pas dans le plan de la galaxie, mais sont inclinées d’environ 63 degrés.

« C’est presque comme si nous naviguions latéralement à travers la galaxie », a déclaré Merav Opher, astrophysicienne à l’université George Mason en Virginie, à Space.com.

Sagittaire A*, prise par l’observatoire de rayons X Chandra de la NASA

Le trou noir de la Voie lactée se nomme Sagittarius A* . Ce trou noir est en grande partie inactif, ce qui rend son observation très difficile. Sagittarius A* possède une masse 4,3 millions de fois supérieure à celle du Soleil ; il a été découvert en 2008 par les astronomes Reinhard Genzel et Andrea Ghez. Son diamètre approximatif est de 23,5 millions de kilomètres. À titre de comparaison, la Voie lactée mesure environ 100 000 années-lumière de diamètre et 1 000 années-lumière d’épaisseur.

Un immense disque de gaz entoure Sagittarius A*, s’étendant jusqu’à une distance de 5 à 30 années-lumière du trou noir supermassif. C’est cette vaste, mais ténue, zone de gaz qui alimente l’activité de Sagittarius A*. On sait que cette région émet des rayons X, soit en se nourrissant de gaz, soit en raison des frottements internes liés à des températures atteignant jusqu’à 10 millions de degrés Celsius (18 millions de degrés Fahrenheit).

Les scientifiques souhaiteraient obtenir davantage d’informations sur ce trou noir supermassif afin de mieux comprendre sa formation et les conditions qui ont permis son expansion. Parmi les hypothèses envisagées, on peut citer la possibilité que de petits trous noirs aient atteint une taille considérable en absorbant la poussière et le gaz environnants ; ou encore, que de petits trous noirs aient fusionné pour former un objet encore plus monstrueux.

Image du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, un géant baptisé Sagittarius A*, révélée par le télescope Event Horizon le 12 mai 2022 (le centre, plus sombre, pas la partie lumineuse due à l’effet de loupe de l’attraction gravitationelle)

De manière générale, les scientifiques disposent de modèles de plus en plus précis pour les trous noirs et les trous noirs de masse intermédiaire. Ces objets se forment lorsque des étoiles massives, plusieurs fois plus massives que notre Soleil, s’effondrent après l’arrêt de la fusion nucléaire. Incapables de freiner leur effondrement gravitationnel, elles se contractent pour devenir un objet à l’attraction gravitationnelle si intense qu’il déforme l’espace-temps autour de lui au point que la lumière ne peut plus s’en échapper.

Nous en apprenons progressivement davantage sur Sagittarius A* grâce à des efforts tels que la toute première image du trou noir , obtenue le 12 mai 2022. Cette image a capturé la faible luminosité émise par la matière chauffée se déplaçant à une vitesse fulgurante vers le centre du trou noir ; elle se présente comme une ombre en haute définition. Cette imagerie a nécessité un vaste réseau d’observatoires répartis dans le monde entier, d’une taille comparable à celle de la Terre , rendu possible grâce au télescope Event Horizon (EHT).

La galaxie d’Andromède est sur une trajectoire de collision avec la Voie lactée

Nous enrichissons constamment nos connaissances sur la Voie lactée, même si, jusqu’à une période relativement récente, les astronomes pensaient que toutes les étoiles du ciel appartenaient à notre galaxie.

« Le grand débat » de 1920 a vu les astronomes Herber Curtis et Harlow Shapley débattre de l’échelle de l’univers et de la perspective d’« univers-îles » (galaxies), selon l’ Académie nationale des sciences .

D’un côté, Shapley pensait que la Voie lactée était bien plus vaste que les estimations précédentes et que nous n’en étions pas le centre. Il affirmait également que les nébuleuses spirales, comme Andromède, faisaient partie de la Voie lactée. De l’autre côté, Curtis ne contestait pas l’idée d’une Voie lactée beaucoup plus grande, mais soutenait l’existence de vastes univers-îles (galaxies) comme Andromède, situés au-delà des limites de la Voie lactée.

Le différend fut résolu lorsque les mesures des étoiles variables Céphéides effectuées par Edwin Hubble prouvèrent qu’Andromède se situait bien au-delà de la Voie lactée. Selon les estimations actuelles, la galaxie d’Andromède , notre plus proche voisine galactique, se trouve à 2,5 millions d’années-lumière.

Plus récemment, les astronomes ont cherché à déterminer le type de galaxie de la Voie lactée. Selon les meilleures estimations actuelles, il s’agirait d’une spirale barrée, c’est-à-dire qu’elle possède une barre centrale. Les astronomes peuvent estimer la forme de la Voie lactée en observant sa population d’étoiles, ainsi que leurs mouvements dans le ciel.

L’étude d’autres collisions galactiques permet de mieux comprendre la future fusion d’Andromède et de la Voie lactée

Nous savons désormais que la Voie lactée fait partie du Groupe local de galaxies, qui regroupe plus de 30 galaxies, dont Andromède, le Triangle et Lion I, pour n’en citer que quelques-unes. Il est en effet utile de connaître ses voisins, car ils sont peut-être plus proches qu’on ne le pense. La Voie lactée fonce actuellement vers Andromède à 400 000 km/h. Bien qu’il n’y ait pas lieu de s’inquiéter pour l’instant, cette collision cosmique n’est pas attendue avant 4 milliards d’années.

La NASA et d’autres organismes spatiaux observent depuis des décennies les collisions de galaxies lointaines afin d’anticiper les conséquences de la collision entre Andromède et la Voie lactée. En résumé, il n’y a pas lieu de s’inquiéter ; en revanche, ce processus est fascinant car il illustre l’évolution possible des galaxies.

Par exemple, les observations d’une collision galactique à trois en 2022, réalisées grâce au célèbre télescope spatial Hubble, ont apporté des informations fascinantes. La plus grande des galaxies, en se plaçant sur une orbite très rapprochée avec les deux autres, a capturé de la matière grâce à sa gravité relativement plus intense . Ceci a créé un impressionnant courant de gaz, de poussière et d’autres matières se déversant dans la galaxie la plus grande, visible même depuis la Terre.

Bien que les bras de la Voie lactée soient assurément déchirés par ce processus, les étoiles individuelles sont relativement à l’abri, car les espaces qui les séparent sont considérables. Autrement dit, il ne faut pas s’attendre à des collisions d’étoiles, car elles seront pratiquement inexistantes. En revanche, la formation d’étoiles s’accélérera grâce à la quantité de gaz injectée dans notre galaxie, ce qui la rendra plus brillante et permettra à sa population de croître au cours des millions d’années qui suivront la collision.

Notre propre système solaire devrait donc être relativement sûr en raison du faible risque de collision stellaire. Cela dit, nous pourrions nous retrouver sur une trajectoire complètement différente autour du nouveau centre galactique à mesure que la fusion se poursuit.

Un effet concret est que les constellations que nous observons depuis la Terre pourraient changer au gré des modifications des orbites stellaires et de l’apparition de nouvelles étoiles. Cela dit, la collision se produira dans un avenir si lointain que les constellations actuelles pourraient de toute façon être altérées par la formation et la mort naturelles d’étoiles, indépendamment de la collision. Cette vidéo en accéléré de la Voie lactée illustre l’évolution du ciel nocturne au fil du temps.

L’évolution de la Voie lactée a débuté lorsque des nuages ​​de gaz et de poussière ont commencé à s’effondrer, comprimés par la gravité . Les premières étoiles ont jailli de ces nuages ​​effondrés ; ce sont celles que nous observons aujourd’hui dans les amas globulaires. Le halo sphérique est apparu peu après, suivi du disque galactique plat. La galaxie, initialement petite, a grandi sous l’effet inéluctable de la force de gravité qui a rassemblé tous les éléments.

La Voie lactée a environ 13,6 milliards d’années

L’évolution de la galaxie reste cependant encore nimbée de mystère. Une discipline appelée archéologie galactique lève peu à peu le voile sur certaines énigmes de la vie de la Voie lactée grâce à la mission Gaia, qui a publié son premier catalogue de données en 2018.

Gaia mesure avec précision la position et la distance de plus d’un milliard d’étoiles, ainsi que leur spectre lumineux, ce qui permet aux scientifiques de comprendre leur composition et leur âge, selon l’ESA. Ces données de position permettent aux astronomes de déterminer la vitesse et la direction de leur mouvement dans l’espace. Puisque les objets spatiaux suivent des trajectoires prévisibles, les astronomes peuvent reconstituer les trajectoires des étoiles sur des milliards d’années, passées et futures. La combinaison de ces trajectoires reconstituées en une seule reconstitution stellaire permet de saisir l’évolution de la galaxie au fil des éons.

Il existe également des preuves que la Voie lactée est entrée en collision avec plusieurs galaxies plus petites au cours de son évolution. En 2018, une équipe d’astronomes néerlandais a découvert un groupe de 30 000 étoiles se déplaçant de manière synchrone dans le voisinage du Soleil, mais dans la direction opposée à celle des autres étoiles de l’ensemble de données. Ce mouvement correspondait à ce que les scientifiques avaient précédemment observé dans des simulations informatiques de collisions galactiques. Ces étoiles différaient également par leur couleur et leur luminosité, ce qui suggère qu’elles proviennent d’une autre galaxie.

Contrairement aux attentes, les galaxies naines proches de la Voie lactée viennent tout juste d’être découvertes

Des vestiges d’une autre collision, légèrement plus récente, ont été repérés un an plus tard. La Voie lactée continue d’absorber des galaxies plus petites encore aujourd’hui. Une galaxie nommée Sagittaire (à ne pas confondre avec le trou noir) orbite actuellement près de la Voie lactée et a probablement percuté son disque à plusieurs reprises au cours des 7 derniers milliards d’années. Grâce aux données de Gaia, les scientifiques ont découvert que ces collisions ont déclenché des périodes de formation stellaire intense dans la Voie lactée et pourraient même être liées à sa forme spirale caractéristique. L’étude suggère que notre Soleil est né durant l’une de ces périodes, il y a environ 4,6 milliards d’années.

Photographier la Voie lactée

Photographier la Voie lactée exige un ciel noir, une bonne période (généralement entre février et octobre), une certaine distance de la pollution lumineuse et la capacité d’utiliser un équipement photographique capable de capter sa faible lumière. Heureusement, la Voie lactée est visible dans les deux hémisphères et il est possible de la photographier avec du matériel amateur standard.

Si possible, rendez-vous sur place en journée, car vous voudrez sans doute repérer les meilleurs angles de vue. Les belles photos de la Voie lactée tirent souvent parti du paysage de manière créative ; cherchez donc des éléments naturels intéressants et saillants comme des montagnes, des rochers ou des formes rocheuses.

Vient ensuite la prise de photos. En règle générale, utilisez un trépied, configurez votre équipement en mode accéléré et préparez-vous à expérimenter avec différentes mises au point et différents objectifs. Pour les débutants, nous proposons également un guide complet sur la photographie de la Voie lactée.

L’avenir de la recherche sur la Voie lactée

Depuis le début de ses opérations, la mission Gaia a fourni trois mises à jour de son immense catalogue stellaire. Des astronomes du monde entier continuent d’analyser les données à la recherche de nouvelles tendances et de révélations.

Les données de Gaia génèrent actuellement plus de publications scientifiques que celles du célèbre télescope spatial Hubble . Gaia continuera de cartographier la galaxie au moins jusqu’en 2025, tant que le vaisseau spatial restera en bon état, et le catalogue qu’il a constitué occupera les astronomes pendant des décennies.

Avant Gaia, le plus grand ensemble de données sur les positions et les distances des étoiles de la Voie lactée provenait de la mission Hipparcos , du nom d’un astronome grec de l’Antiquité qui commença à cartographier le ciel nocturne 150 ans avant Jésus-Christ. Hipparcos n’a observé qu’environ 100 000 des étoiles les plus brillantes du voisinage solaire, contre un milliard pour Gaia. Les données étaient également moins précises.

Bien que Gaia n’observe que moins de 1 % des étoiles de la galaxie, les astronomes peuvent étendre leurs observations et modéliser le comportement de l’ensemble de la Voie lactée.

Source et vidéos: https://www.space.com/19915-milky-way-galaxy.html

[-RICK-]

Un peu long à lire mais très intéressant