La Voie lactée est en train de déchiqueter l’amas globulaire M92

Crédit : ESA/Hubble & NASA
La force gravitationnelle de la Galaxie perturbe fortement l’amas stellaire en orbite autour de la Galaxie. L’étude d’un courant d’étoiles qui s’en échappe suggère qu’il pourrait s’agir d’une ancienne galaxie naine.

Quand on l’observe au télescope, l’amas globulaire M92, dans la constellation d’Hercule, paraît parfaitement calme. Ses centaines de milliers d’étoiles semblent tourner bien sagement dans son volume sphérique de 85 années-lumière de diamètre. Pourtant, une équipe d’astronomes vient de faire une découverte surprenante : l’amas serait en cours de dispersion sous l’effet des forces de marées de notre galaxie, la Voie lactée, autour de laquelle il gravite. Et le phénomène, jusque-là passé inaperçu, serait très récent à l’échelle chronologique de la Voie lactée : pas plus de 500 millions d’années. En effet, de part et d’autre de M92, s’étire un discret mais réel courant d’étoiles sur environ 8100 années-lumière. Ce type de structure résulte en général d’une interaction gravitationnelle avec une galaxie massive.

Une traîne stellaire cachée par les étoiles de la Voie lactée

La découverte s’est produite par hasard, comme le raconte Guillaume Thomas, postdoc au Herzberg Astronomy and Astrophysics Reserach Center (Canada) et premier auteur de l’article paru dans l’Astrophysical Journal. Mais un hasard contraint : « La découverte a été plus ou moins fortuite. Nous cherchions de telles structures, notamment issues d’amas globulaires. Mais en essayant de retrouver un courant déjà connu (GD-1), nous avons découvert qu’un autre était visible autour de M92. » Jusque-là, cette traîne stellaire avait échappé à toutes les observations, du fait qu’elle était masquée par de nombreuses étoiles à l’avant-plan. M92, voisin du célèbre amas d’Hercule M13, se trouve en effet dans une région équatoriale de la Voie lactée très riche en étoiles.

Des observations faites avec plusieurs instruments

Mettre en évidence ce courant issu de M92 a nécessité de travailler sur des observations de trois télescopes terrestres (le CFHT de 3,6 m, installé à Hawaï, Pan-Starrs et deux réflecteurs de 1,8 m installés sur l’île de Maui) et du satellite astrométrique européen Gaia, ainsi que l’explique Guillaume Thomas : « Nous avons découvert le courant dans un premier temps à l’aide d’une méthode appelée “matched filter” sur les données obtenues au CFHT et par Pan-Starrs. Cette méthode permet d'extraire un signal avec des caractéristiques connues (ici, la photométrie de l'amas M92) des données correspondant aux étoiles d'avant et d’arrière-plan de notre galaxie. Ensuite, nous avons confirmé l’existence du courant de marée grâce aux données cinématiques fournies par Gaia et par des simulations numériques de l’amas. »

En d’autres termes, grâce à ses multiples relevés effectués depuis 2013, le satellite Gaia a permis de mesurer le mouvement propre des étoiles composant le courant et de les associer de manière certaine à l’amas globulaire, distant de 26000 années-lumière.

Après traitement, les données des télescopes Pan-Starrs et CFHT
ont révélé un courant stellaire de 30000 masses solaires de part et d’autre de l’amas M92.
Le centre du courant est représenté par la ligne bleue continue
. © CFIS team.

Une perturbation gravitationnelle "récente"

Les chercheurs ont comparé leurs observations avec des simulations numériques de M92. Et ils sont arrivés à la conclusion que la perturbation gravitationnelle que subit l’amas ne date que de 500 millions d’années, ce qui est peu en regard de son âge, estimé à 11 milliards d’années. Ce fait les conduit à d’autres déductions, comme l’explique Guillaume Thomas : « Un amas stellaire peut être vu comme une mer d'étoiles qui peut être déformé par des effets de marées, similaires à l'action de Lune sur nos océans. Si cette déformation est trop grande, certaines étoiles vont être arrachées de l’amas et former une queue de marée. Au fur et à mesure, l'amas va ainsi se déliter. Dans le cas de M92, si l’amas était sur son orbite originale, il aurait été complétement détruit en quelque 2 à 3 milliards d'années par les effets de marées. Ainsi, le fait que la queue de marée ait un âge de quelques centaines de millions d'années semble indiquer que M92 n'est pas sur son orbite d'origine, ou qu'il faisait initialement partie d’une structure (comme une galaxie naine) maintenant détruite. »

M92, ancienne galaxie naine ?

En résumé, soit M92 a changé d’orbite récemment, par exemple à la suite de l’une de ses traversées du plan de la Voie lactée, soit il n’est que le noyau compact d’une ancienne galaxie naine. Et un indice pointe en faveur de cette seconde hypothèse : ses étoiles affichent une très faible métallicité (NDLR : pour les astronomes, les métaux sont des éléments plus lourds que l’hélium). Elles sont pauvres en éléments lourds (l’oxygène, le carbone, etc.) que l’on retrouve dans les étoiles formées de matériau déjà issu d’une précédente génération d’étoiles.

« M92, comme la grande majorité des amas globulaires orbitant autour de notre galaxie, a une faible teneur en métaux (environ 200 fois plus faible que dans le Soleil), explique Guillaume Thomas. Un amas globulaire tel que M92 est peuplé d'étoiles ayant été formées dans un même nuage de gaz, et ses étoiles ont toutes été créées à la même période. Toutefois, le mécanisme de formation de tel objets primordiaux est encore débattu. Mais M92 ayant une teneur en métaux plus faible que les autres amas observés autour de la Voie lactée, il est possible qu’il soit le vestige d’une galaxie naine. La différence entre amas globulaire et petite galaxie naine est d’ailleurs encore sujet à débat. Les amas sont supposés ne pas avoir de matière noire, alors qu’une galaxie naine est dominée par celle-ci. »

L’idée que M92 soit le noyau d’une ancienne galaxie naine reste toutefois à confirmer. L’un des moyens serait de mesurer la métallicité des étoiles qui constituent sa queue de marée.

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