Notre galaxie de la Voie lactée ne se trouve jamais encore: il tourne et oscille. Et maintenant, les données du télescope spatial Gaia de l'Agence spatiale européenne révèlent que notre galaxie a également une vague géante ondulant vers l'extérieur de son centre.
Nous savons depuis une centaine d'années que les étoiles de la galaxie tournent autour de son centre, et Gaia a mesuré leurs vitesses et leurs mouvements. Depuis les années 1950, nous savons que le disque de la voie lactée est déformé. Puis, en 2020, Gaia a découvert que ce disque vacille avec le temps, de la même manière que le mouvement d'un top.
Et maintenant, il est devenu clair qu'une grande vague suscite le mouvement des étoiles dans notre galaxie sur des distances de dizaines de milliers d'années-lumière du soleil. Comme une roche jetée dans un étang, faisant des vagues qui se renversent vers l'extérieur, cette vague galactique d'étoiles s'étend sur une grande partie du disque extérieur de la Voie lactée.
L'ondulation galactique inattendue est illustrée dans cette figure ci-dessus. Ici, les positions de milliers d'étoiles brillantes sont représentées en rouge et bleu, superposées sur les cartes de Gaia de la Voie lactée.
Dans l'image de gauche, nous regardons notre galaxie de « ci-dessus ». Sur la droite, nous voyons à travers une tranche verticale de la galaxie et regardons la vague latérale. Cette perspective révèle que le côté « gauche » de la galaxie se courbe vers le haut et que le côté « droit » se courbe vers le bas (c'est la chaîne du disque). La vague nouvellement découverte est indiquée en rouge et en bleu: dans les zones rouges, les étoiles se trouvent au-dessus, et dans les zones bleues, les étoiles se trouvent sous le disque déformé de la galaxie.
Même si aucun vaisseau spatial ne peut voyager au-delà de notre galaxie, la vision unique de Gaia – dans les trois directions spatiales (3D) plus trois vitesses (se déplaçant vers nous et loin de nous, et à travers le ciel) – permet aux scientifiques de faire ces cartes de haut en bas et de bord.
Parmi ceux-ci, nous pouvons voir que la vague s'étend sur une énorme partie du disque galactique, affectant les étoiles à au moins 30 à 65 000 années-lumière du centre de la galaxie (à titre de comparaison, la voie laiteuse est d'environ 100 000 années-lumière).
« Ce qui rend cela encore plus convaincant, c'est notre capacité, grâce à Gaia, à mesurer également les mouvements des étoiles dans le disque galactique », explique Eloisa Poggio, qui est astronome à l'istituto nazionale di astrofisica (INAF) en Italie, et a mené l'équipe de scientifiques qui a découvert l'onde.
« La partie intrigante n'est pas seulement l'apparence visuelle de la structure des vagues dans l'espace 3D, mais aussi son comportement en forme d'onde lorsque nous analysons les mouvements des étoiles à l'intérieur. »
Les mouvements des étoiles sont rendus visibles avec les flèches blanches dans l'image à bord de la voie laiteuse au-dessus. Ce qui peut être remarqué, c'est que le motif d'onde des mouvements verticaux (représenté par les flèches) est légèrement décalé horizontalement par rapport au motif d'onde formé par les positions verticales de l'étoile (indiquée par les couleurs rouges / bleues).
« Ce comportement observé est cohérent avec ce que nous attendons d'une vague », explique Poggio.
Pensez à une « vague » interprétée par une foule dans un stade. Étant donné que les échelles de temps galactiques sont beaucoup plus longues que la nôtre, imaginez voir cette vague de stade figée dans le temps, un peu comme la façon dont nous observons la voie lactée. Certaines personnes seraient debout, d'autres se seraient assises (au fur et à mesure que la vague passait), et d'autres se prépareraient à se lever (tandis que la vague les approche).
Dans cette analogie, les personnes debout correspondant aux régions colorées en rouge dans nos cartes face et bord. Et, si nous considérons les mouvements, les individus ayant les plus grands mouvements verticaux positifs (représentés par les plus grandes flèches blanches pointant vers le haut) sont celles qui commencent tout juste à se lever, devant la vague entrante.
Poggio et ses collègues ont pu retrouver ce mouvement surprenant en étudiant les positions et les mouvements détaillés des jeunes étoiles géantes et des étoiles Cepheid. Ce sont des types d'étoiles qui varient en luminosité d'une manière prévisible, qui peut être vue par des télescopes comme Gaia sur de grandes distances. Les résultats sont publiés dans la revue Astronomie et astrophysique.
Parce que les jeunes stars géantes et les céphéides se déplacent avec la vague, les scientifiques pensent que le gaz sur le disque pourrait également participer à cette ondulation à grande échelle. Il est possible que les jeunes stars conservent la mémoire des informations sur les vagues du gaz lui-même, à partir de laquelle ils sont nés.
Les scientifiques ne connaissent pas l'origine de ces shakes galactiques. Une collision passée avec une galaxie naine pourrait être une explication possible, mais ils doivent enquêter davantage.
La grande vague pourrait également être liée à un mouvement ondulant à plus petite échelle observé à 500 années-lumière du soleil et prolongeant plus de 9 000 années-lumière, la soi-disant onde de Radcliffe.
« Cependant, l'onde de Radcliffe est un filament beaucoup plus petit, et située dans une autre partie du disque de la galaxie par rapport à la vague étudiée dans notre travail (beaucoup plus proche du soleil que la Grande Wave). Les deux vagues peuvent ou non être liées. C'est pourquoi nous aimerions faire plus de recherches », ajoute Poggio.
« La quatrième version des données à venir de Gaia comprendra des positions et des mouvements encore meilleurs pour les stars de la voie lactée, y compris des stars variables comme les céphéides.
