La Terre – notre minuscule point bleu dans la galaxie – est à environ 26 000 années-lumière d'une région fascinante et active de la Voie lactée appelée zone moléculaire centrale (CMZ). Cette région contient des indices sur la façon dont les étoiles naissent, comment l'énergie se déplace dans notre galaxie, et peut-être même quelques détails sur la matière noire.
Cependant, l'analyse de ce domaine est difficile, car nous n'avons pas de vue claire de haut en bas de la Voie lactée. Le laboratoire de Milky Way d'UConn, dirigé par le professeur agrégé du Département de physique Cara Battersby, présente leur analyse complète et son modèle de haut en bas de la CMZ dans une série de quatre articles en Le journal astrophysique.
La CMZ est une région d'extrême et de complexité, mais c'est aussi le seul CMZ que nous pouvons étudier en détail.
« Nous aimons appeler la CMZ comme la station de la galaxie: entre le gaz qui coule du disque de la galaxie le long des voies de poussière dans la CMZ, » Dit Battersby. « Ce gaz reste dans la CMZ et les orbites autour du centre de la galaxie, où il forme parfois des étoiles, ou il peut se déplacer vers le trou noir supermassif au centre de la galaxie. »
Une question que Battersby est intéressée à en savoir plus sur le trou noir supermassif de la Voie lactée, appelée Sagittaire A, « aliments » ou accréte activement du matériel. En tant que station de chemin galactique, la CMZ contrôle quand et si ces matériaux se rendent au trou noir. Faire des observations directes pour répondre à cette question est délicate car la CMZ abrite beaucoup de gaz, de poussière et d'étoiles, ainsi que le fait que nous sommes très loin et ne pouvons le voir que de côté.
« Pour comprendre comment notre propre CMZ régule cet afflux de gaz, nous avons besoin d'une image descendante, » Dit Battersby. « Nous avons probablement des centaines de milliers d'images de notre centre galactique, le tout dans cette perspective latérale.
« Nous pouvons apprendre tout ce que nous voulons sur ces nuages, mais si vous ne savez pas lesquels coulent vers le trou noir ou lesquels sont en orbite, alors vous ne pouvez vraiment rien dire sur la façon dont la CMZ régule ce flux de gaz. Nous pouvons faire un meilleur travail de modélisation de la distribution de gaz tridimensionnelle. »
Dans cette série d'articles, le groupe de recherche de Battersby prend toutes les preuves disponibles pour mesurer et cataloguer les aspects des nuages dans cette région de la galaxie pour créer la meilleure vision tridimensionnelle de haut en bas possible de la CMZ.
La première étape a été de compiler un catalogue complet de structures dans la CMZ et de mesurer leurs propriétés physiques et cinématiques, telles que la masse, les rayons, la température et la dispersion de vitesse, décrites dans les articles un et deux.
Avec ces catalogues complets, les deux articles suivants se concentrent sur les structures à petite échelle du catalogue, qui sont considérés comme des nuages moléculaires individuels qui peuvent être les lieux de naissance de grappes d'étoiles, explique Battersby. Le troisième article a été dirigé par l'ancien boursier post-doctoral Daniel Walker et le quatrième article a été dirigé par le doctorat actuel. Étudiant Dani Lipman.
Le centre galactique est très brillant et émet une lumière à de nombreuses longueurs d'onde, par conséquent, les propriétés des nuages moléculaires donnent des indices sur leur emplacement. Les chercheurs ont utilisé différentes approches pour mesurer et déterminer quels nuages se trouvent devant ou derrière le centre galactique.
« Ces nuages moléculaires sont des endroits où les étoiles ne se forment que lorsque le gaz est très dense et très froid, et qu'une grande partie du gaz dans le centre galactique est chaude et diffuse, » Dit Battersby.
« Ces cocons de gaz frais et dense signifient que lorsqu'ils sont devant le centre galactique, ils absorbent la lumière vive du centre galactique, et ils ressemblent à des ombres. D'un autre côté, si ces nuages sont derrière le centre galactique, alors cette lumière passe et que les nuages ne bloquent pas du tout cette lumière. »
Les chercheurs ont développé de nouvelles techniques pour mesurer la quantité de lumière bloquée par les nuages moléculaires en supposant que si beaucoup de lumière est bloquée, il est probable que le nuage est devant le centre galactique.
« Les articles trois et quatre utilisent deux techniques différentes. Le papier trois se concentre sur les longueurs d'onde radio de la lumière, et il se concentre sur les nuages moléculaires absorbant les longueurs d'onde radio. Paper Four se concentre sur l'extinction de la poussière infrarouge et détaille une technique minutieuse pour mesurer «l'ombre» en fonction des propriétés du nuage, quantifiant ainsi la probabilité qu'elle soit devant ou derrière le centre galactique, » dit Battersby.
Ensuite, les chercheurs ont modélisé ce que leurs données ont suggéré se produisaient dans la CMZ et ont comparé cela aux modèles existants de ce à quoi le centre galactique peut ressembler de haut en bas.
Il y avait trois modèles prédominants de ce à quoi pourrait ressembler notre centre galactique, et Battersby dit que les emplacements des nuages moléculaires dans lesquels le groupe est cartographié varient un peu à travers les différents modèles existants. En tenant compte des mouvements dynamiques de divers nuages, les chercheurs ont constaté que les modèles existants manquaient de cette complexité et plus de travail est nécessaire pour étudier le flux de gaz dans la CMZ.
« Le papier trois a présenté un nouveau modèle d'ellipse simple qui est légèrement mieux ajusté que les modèles précédents. Dani Lipman rédige actuellement le papier cinq qui présente un modèle le mieux adapté quantitatif de la vue descendante de la CMZ de notre galaxie, qui comprend la publication du code public afin que les futurs chercheurs puissent continuer à améliorer notre modèle de haut en bas de la CMZ à mesure que de nouvelles données arrivent. »
Lipman dit que Paper Five vise à combiner toutes les données disponibles pour déterminer la position la plus probable d'un nuage donné devant ou derrière le Sagittaire A *. Ces positions sont ensuite utilisées pour trouver un modèle de haut en bas pour le CMZ. Le modèle est continuellement mis à jour et amélioré à mesure que davantage de données deviennent disponibles,
« La science moderne est merveilleusement collaborative, donc publier notre code est une grande partie de la communauté et de l'offre de ressources aux nouveaux scientifiques et aux étudiants désireux de se joindre à ces questions, » dit Lipman.
Cette série d'articles est un pas en avant majeur dans la compréhension de la structure 3D de la CMZ de notre galaxie et permet aux chercheurs, comme Battersby's Milky Way Lab, de commencer à répondre à des questions pressantes sur notre galaxie.
« La CMZ offre un accès «étroit» à des phénomènes extrêmes vus dans l'univers, comme un trou noir supermassif accroisé et une formation d'étoiles dans un environnement très turbulent, » dit Battersby.
« Connaître la structure 3D est essentiel pour le traçage des flux vers le trou noir ainsi que pour tester les théories de la formation d'étoiles dans un environnement extrême, car vous devez savoir où tout se trouve dans cet environnement dynamique. »
