Le Dr Sukanya Chakrabarti, la présidente de PEI-Ling Chan Doed à l'Université de l'Alabama à Huntsville (UAH), une partie du système de l'Université de l'Alabama, a co-écrit un article qui utilise les jeunes étoiles pour développer une carte plus précise du disque extérieur du gaz de la galaxie de la voie laiteuse.
Les résultats sont présentés lors de la 246e réunion de l'American Astronomical Society (AAS 2025) à Anchorage, en Alaska, qui s'est tenue du 8 au 12 juin, en collaboration avec la Michigan State University (MSU). Il a été accepté pour publication dans Le journal astrophysique et est disponible sur le arxiv serveur de préimprimée.
L'étude utilise une technique que les chercheurs appellent la «correspondance des modèles», en utilisant des étoiles variables de Cepheid pour ancrer efficacement les distances du gaz sur les bords extérieurs des bras en spirale de la galaxie pour la première fois.
« La structure dans les étoiles est beaucoup plus fluide que dans le gaz. Le gaz est très lotant, et il semble en fait beaucoup plus perturbé », explique Chakrabarti. « Il s'agit d'un domaine sur lequel je travaille pendant de nombreuses années, à partir de quand j'étais un étudiant de doctorat avec mon tout premier travail sur la structure en spirale, en particulier en mettant l'accent sur le gaz. Plus tard, en tant que boursier postdoctoral, j'ai fait des simulations informatiques pour comprendre les perturbations de la carte traditionnelle de l'hydrogène atomique qui a été produite par des chercheurs de Berkeley. »
La construction d'une carte d'hydrogène pour la Voie lactée a longtemps été cruciale pour comprendre la structure, la dynamique, la formation d'étoiles et l'évolution de la galaxie, ainsi que pour affiner les observations d'objets distants. La nouvelle étude est une collaboration avec l'ancien étudiant doctoral de Chakrabarti, le Dr Peter Craig, associé de recherche au MSU Department of Physics & Astronomy et auteur principal du journal. L'étude intègre des données de la mission GAIA de l'Agence spatiale européenne (ESA).
« La distance est l'une des choses les plus fondamentales que vous puissiez mesurer dans l'univers, et l'une des choses les plus fondamentales sur lesquelles nous pouvons travailler en astronomie », explique Chakrabarti. « À moins que vous ne connaissiez des distances, vous ne pouvez rien mapper. La carte de Berkeley était basée sur la méthode traditionnelle en utilisant des » distances cinématiques « qui supposent un modèle pour les champs de vitesse de la galaxie. »
Les distances cinématiques reposent sur la mesure de la vitesse des objets et les comparant à un modèle de rotation de la galaxie, permettant aux astronomes d'associer les vitesses aux distances.
« L'attribution des distances cinématiques utilise une courbe de rotation supposée pour convertir les informations de vitesse en une estimation de distance », note Chakrabarti. « Pour les étoiles, il y a de très bonnes façons de le faire. Mais pour le gaz, il n'y a rien. »
Pontant la distance
L'utilisation de distances cinématiques pour mesurer les distances au gaz peut être inexacte en raison de plusieurs facteurs. « La précision des distances cinématiques peut dépendre fortement de la courbe de rotation supposée pour le disque », explique le chercheur. «Les régions du disque qui s'écartent du modèle de vitesse supposée, telles que des mouvements proches de diffusion le long des bras en spirale, entraîneront des estimations de distance systématiquement inexactes et produiront des caractéristiques trompeuses dans les cartes résultantes de la distribution du gaz de la voie lactée.
« Il peut y avoir des écarts par rapport au modèle de vitesse supposé également vers le renflement et la barre galactiques. Donc, lorsque vous avez une vraie galaxie, vous verrez ces écarts, et si votre méthode de distance repose sur le modèle de vitesse simple, bien sûr, vous allez obtenir des estimations de distance injustes », explique Chakrabarti.
Pour relever ces défis, la nouvelle étude utilise la «correspondance des modèles», l'idée de jumeler les jeunes étoiles qui ont connu des emplacements avec des touffes de gaz à proximité pour fournir une nouvelle carte qui pour la première fois ne dépend pas de distances cinématiques.
« Lorsque vous regardez les galaxies, vous voyez que la structure en spirale dans le gaz est très similaire à la structure en spirale des jeunes étoiles », explique Chakrabarti. « Ce n'est pas très surprenant, car les jeunes étoiles sont nées du gaz qui s'effondrent et forme ces étoiles, puis elles se déplacent de leur site de naissance. Avec les jeunes étoiles, les modèles de la structure en spirale sont toujours très similaires à ceux d'un gaz. »
Pour l'étude, Chakrabarti et ses collègues ont choisi des étoiles variables Cepheid. Les céphéides sont des étoiles pulsantes qui varient régulièrement en luminosité, avec des périodes allant de quelques jours à plusieurs mois. Ces étoiles sont extrêmement lumineuses et peuvent être vues à de grandes distances, ce qui les rend utiles pour déterminer les distances aux galaxies.
« Les trois quantités de base qui entrent dans les données de gaz sont la longitude, la latitude et la vitesse », explique Chakrabarti. « Nous les complotons pour le gaz et pour les jeunes étoiles, et vous voyez qu'ils sont très similaires. Les étoiles variables de Cepheid ont des distances très précises parce que (astronome américain) Henrietta Leavitt a élaboré cette relation fantastique il y a de nombreuses années. Donc, si vous avez des céphéides qui sont proches d'un amas de gaz qui n'a pas de distances.
« Nos nouvelles cartes démontrent bien que la structure en spirale dans le disque de gaz de la voie lactée est très floculente et que la structure globale du disque est complexe », ajoute le Dr Craig. « Les cartes générées à l'aide de notre nouvelle technique peuvent capturer des fonctionnalités dans le gaz qui peuvent être manquées lors de la supposition d'un modèle de rotation lisse pour la Voie lactée.
« Les cartes de correspondance de motifs du disque d'hydrogène ne feront que s'améliorer avec le temps, car des mesures de distance précises deviendront disponibles pour un échantillon toujours croissant de jeunes étoiles dans la galaxie. Ces nouvelles cartes plus précises du disque d'hydrogène galactique peuvent permettre une meilleure caractérisation de la matière noire dans la galaxie. »
L'analyse des galaxies spirales simulées indique que les distances de correspondance de motifs sont 24% plus précises que les distances cinématiques pour le gaz, qui promet des implications importantes pour comprendre les perturbations à grande échelle dans le disque de gaz et comment elles sont affectées par les interactions entre la voie laiteuse et les galaxies naines.
En tout, la recherche a utilisé plus de 37 000 étoiles distribuées dans le disque de la voie lactée avec des âges de moins de 210 millions d'années pour créer la nouvelle carte. « À l'avenir, cette nouvelle méthode de distance peut être améliorée avec des échantillons stellaires plus complets », conclut l'étude.
