Une visualisation de la Voie lactée, avec les étoiles que Khyati Malhan et Hans-Walter Rix ont identifiées dans l’ensemble de données Gaia DR3 comme appartenant à Shiva et Shakti représentées sous forme de points colorés. Les étoiles Shiva sont représentées en vert et les étoiles Shakti en rose. L’absence totale de marqueurs verts et roses dans certaines régions ne signifie pas qu’il n’y a pas d’étoiles de Shiva ou de Shakti, car l’ensemble de données utilisé pour cette étude ne couvre que des régions spécifiques de notre galaxie. Crédit : S. Payne-Wardenaar / K. Malhan / MPIA
Les astronomes ont identifié ce qui pourrait être deux des voie LactéeLes premiers éléments constitutifs de notre galaxie : nommés « Shakti » et « Shiva », ils semblent être les restes de deux galaxies qui ont fusionné il y a entre 12 et 13 milliards d’années avec une première version de la Voie lactée, contribuant ainsi à la croissance initiale de notre galaxie d’origine. La nouvelle découverte est l’équivalent astronomique des archéologues identifiant les traces d’une colonie initiale devenue une grande ville actuelle. Il a fallu combiner les données de près de 6 millions d’étoiles de la mission Gaia de l’ESA avec les mesures de l’enquête SDSS. Les résultats ont été publiés dans le Journal d’astrophysique.
Les débuts de l’histoire de notre galaxie natale, la Voie Lactée, consistent à rejoindre des galaxies plus petites, ce qui constitue des éléments constitutifs assez grands. Aujourd’hui, Khyati Malhan et Hans-Walter Rix de l’Institut Max Planck d’astronomie ont réussi à identifier ce qui pourrait être deux des premiers éléments constitutifs encore reconnus comme tels aujourd’hui : des fragments protogalactiques qui ont fusionné avec une première version de notre planète. Voie Lactée il y a entre 12 et 13 milliards d’années, au tout début de l’ère de formation des galaxies dans l’Univers.
Les composants, que les astronomes ont nommés Shakti et Shiva, ont été identifiés en combinant les données du satellite d’astrométrie Gaia de l’ESA avec les données de l’enquête SDSS. Pour les astronomes, le résultat équivaut à retrouver les traces d’une colonie initiale devenue une grande ville actuelle.
Retracer les origines des étoiles venues d’autres galaxies
Lorsque les galaxies entrent en collision et fusionnent, plusieurs processus se produisent en parallèle. Chaque galaxie transporte son propre réservoir d’hydrogène gazeux. Lors d’une collision, ces nuages d’hydrogène gazeux sont déstabilisés et de nombreuses nouvelles étoiles se forment à l’intérieur. Bien entendu, les galaxies entrantes ont également déjà leurs propres étoiles, et lors d’une fusion, les étoiles des galaxies se mélangeront. À long terme, ces « étoiles accrétées » représenteront également une partie de la population stellaire de la galaxie combinée nouvellement formée. Une fois la fusion terminée, il pourrait sembler impossible d’identifier quelles étoiles proviennent de quelle galaxie prédécesseur. Mais en fait, il existe au moins quelques moyens de retracer l’ascendance stellaire.
L’aide vient de la physique de base. Lorsque les galaxies entrent en collision et que leurs populations stellaires se mélangent, la plupart des étoiles conservent des propriétés très basiques, directement liées à la vitesse et à la direction de la galaxie dont elles sont issues. Les étoiles de la même galaxie avant la fusion partagent des valeurs similaires à la fois pour leur énergie et pour ce que les physiciens appellent le moment cinétique – l’élan associé au mouvement ou à la rotation orbitale. Pour les étoiles se déplaçant dans le champ gravitationnel d’une galaxie, l’énergie et le moment cinétique sont conservés : ils restent les mêmes au fil du temps. Recherchez de grands groupes d’étoiles ayant des valeurs similaires et inhabituelles d’énergie et de moment cinétique – et il y a de fortes chances que vous trouviez un reste de fusion.
Des pointeurs supplémentaires peuvent faciliter l’identification. Les étoiles formées plus récemment contiennent plus d’éléments plus lourds, que les astronomes appellent « métaux », que les étoiles formées il y a longtemps. Plus la teneur en métal (« métallicité ») est faible, plus l’étoile s’est vraisemblablement formée tôt. Lorsqu’on essaie d’identifier des étoiles qui existaient déjà il y a 13 milliards d’années, il faut rechercher des étoiles à très faible teneur en métaux (« pauvres en métaux »).
Fouilles virtuelles dans un grand ensemble de données
Identifier les étoiles qui ont rejoint notre Voie lactée comme faisant partie d’une autre galaxie n’est devenu possible que relativement récemment. Cela nécessite des ensembles de données volumineux et de haute qualité, et l’analyse implique de passer au crible les données de manière intelligente afin d’identifier la classe d’objets recherchée. Ce type d’ensemble de données n’est disponible que depuis quelques années. Le satellite d’astrométrie Gaia de l’ESA fournit un ensemble de données idéal pour ce type d’archéologie galactique big data. Lancé en 2013, il a produit un ensemble de données de plus en plus précises au cours de la dernière décennie, qui comprend désormais les positions, les changements de position et les distances de près de 1,5 milliard d’étoiles dans notre galaxie.
Les données de Gaia ont révolutionné les études sur la dynamique des étoiles dans notre galaxie natale et ont déjà conduit à la découverte de sous-structures jusque-là inconnues. Cela inclut ce qu’on appelle le flux Gaia Encelade/Sausage, un vestige de la plus récente fusion plus importante que notre galaxie d’origine ait subie, il y a entre 8 et 11 milliards d’années. Il comprend également deux structures identifiées en 2022 : le ruisseau Pontus identifié par Malhan et ses collègues et le « pauvre vieux cœur » de la Voie Lactée identifié par Rix et ses collègues. Cette dernière est une population d’étoiles nouvellement formées lors des fusions initiales qui ont créé la proto-Voie lactée et qui continuent de résider dans la région centrale de notre galaxie.
Traces de Shakti et Shiva
Pour leur recherche actuelle, Malhan et Rix ont utilisé les données de Gaia combinées aux spectres stellaires détaillés du Sloan Digital Sky Survey (DR17). Ces dernières fournissent des informations détaillées sur la composition chimique des étoiles. Malhan déclare : « Nous avons observé que, pour une certaine gamme d’étoiles pauvres en métaux, les étoiles étaient regroupées autour de deux combinaisons spécifiques d’énergie et de moment cinétique. »
Contrairement au « pauvre vieux cœur », qui était également visible dans ces tracés, les deux groupes d’étoiles partageant les mêmes idées avaient un moment cinétique relativement important, ce qui correspond à des groupes d’étoiles qui faisaient partie de galaxies distinctes qui avaient fusionné avec le Laiteux. Chemin. Malhan a nommé ces deux structures Shakti et Shiva, la dernière étant l’une des principales divinités de l’hindouisme et la première une force cosmique féminine souvent décrite comme l’épouse de Shiva.
Leurs valeurs d’énergie et de moment cinétique, ainsi que leur faible métallicité globale comparable à celle du « pauvre vieux cœur », font de Shakti et Shiva de bons candidats pour certains des premiers ancêtres de notre Voie Lactée. Rix dit : « Shakti et Shiva pourraient être les deux premiers ajouts au « pauvre vieux cœur » de notre Voie Lactée, initiant sa croissance vers une grande galaxie.
Plusieurs études déjà en cours ou devant démarrer dans les prochaines années promettent des données supplémentaires pertinentes, tant sur les spectres (SDSS-V, 4MOST) que sur les distances précises (LSST/Observatoire Rubin), qui devraient permettre aux astronomes de prendre une décision ferme sur que Shakti et Shiva soient effectivement un aperçu de la première préhistoire de notre galaxie natale.
