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Communiqué de l’ESO - Jeudi, 12 Septembre 2013

Deux groupes d’astronomes, dont des chercheurs de l’OCA¹, du GEPI² et de l’Institut Utinam³, ont utilisé les données des télescopes de l’ESO pour dresser la meilleure carte tridimensionnelle à ce jour des régions centrales de la Voie Lactée. Ils ont découvert que les régions centrales, observées sous certains angles, présentent l’aspect d’une cacahuète ou d’un X. Cette forme inhabituelle a été reconstituée au moyen des données publiques du télescope d’observation VISTA de l’ESO combinées aux mesures des vitesses de centaines d’étoiles très peu brillantes situées dans le bulbe central. Ce travail de recherche a donné lieu à la rédaction de deux articles à paraître respectivement dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society et récemment publié dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Cette vue d’artiste montre ce à quoi notre galaxie, la Voie Lactée, ressemblerait, si nous l’observions depuis le dessus et sous un autre angle que celui sous lequel nous l’apercevons depuis la Terre. Le bulbe central apparaît sous la forme d’une cacahuète constituée d’étoiles rougeoyantes et les bras spiraux ainsi que les nuages de poussière associés forment une bande étroite. Crédits : ESO/NASA/JPL-Caltech/M. Kornmesser/R. Hurt

Le bulbe galactique, qui s’étend sur plusieurs milliers d’années lumière, constitue l’une des régions les plus importantes et les plus massives de la galaxie. La structure et l’origine de ce vaste nuage central composé d’environ 10 000 millions d’étoiles demeurent en partie méconnues.

Malheureusement, la présence de nuages denses de gaz et de poussières entre notre point d’observation terrestre, situé à l’intérieur du disque galactique, et cette région centrale distante de quelque 27 000 années lumière, obscurcit notablement nos observations. Les astronomes sont donc contraints d’observer le bulbe à de plus grandes longueurs d’onde, situées dans la partie infrarouge du spectre, capables de transpercer les nuages de poussières.

Des observations antérieures du bulbe, effectuées dans le cadre du sondage infrarouge 2MASS, avaient déjà mis en évidence l’existence de la mystérieuse structure du bulbe en forme de X. Afin de mieux discerner la structure du bulbe, deux groupes de scientifiques ont utilisé les récentes observations effectuées par plusieurs télescopes de l’ESO.

Le premier groupe, qui travaille à l’Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre (MPE) de Garching en Allemagne, a utilisé les données du sondage VVV effectué dans le proche infrarouge⁴ par le télescope VISTA à l’Observatoire de Paranal de l’ESO au Chili (eso1101, eso1128, eso1141, eso1242, eso1309). Ce sondage, dont les données ont été récemment mises à disposition du public, recense des étoiles de luminosité trente fois plus faible que les sondages du bulbe effectués auparavant. L’équipe a identifié un total de 22 millions d’étoiles classées parmi les géantes rouges et dont les propriétés bien connues permettent de déterminer leurs distances⁵.

« La profondeur du catalogue d’étoiles VISTA excède largement celle de tout catalogue antérieur. Elle nous permet de localiser l’intégralité de cette population d’étoiles, y compris dans les régions les plus obscurcies du ciel  » nous explique Christopher Wegg (MPE), auteur principal de cette première étude. « Connaissant la distribution de ces étoiles, nous pouvons dresser une carte 3D du bulbe galactique. Il s’agit de la toute première cartographie réalisée sans formuler la moindre hypothèse concernant la forme du bulbe.  »

« Il est apparu que la région centrale de notre galaxie à une forme de cacahuète enveloppée dans sa coque, vue par le côté, et celle d’une barre très allongée quand on la regarde de dessus  » ajoute Ortwin Gerhard, co-auteur du premier article et leader du Groupe Dynamique du MPE⁶. « C’est la première fois que nous pouvons voir cela dans la Voie Lactée, et les simulations de notre groupe mais aussi d’autres équipes montrent que cette forme est caractéristique des galaxies barrée qui se sont développées à partir d’un pur disque d’étoiles.  »

Cette vaste image remplie d’étoiles constitue une infime fraction du sondage VVV effectué par le télescope VISTA de l’ESO dans le domaine infrarouge. Elle montre une région du ciel située à proximité du centre de la Voie Lactée et comporte plusieurs milliers d’étoiles qui composent le bulbe de la Voie Lactée. Les catalogues d’étoiles issus du sondage VVV ont été utilisés pour reconstituer, de manière bien plus précise qu’auparavant, la forme du bulbe. Crédits : ESO/VVV Survey/D. Minniti, I. Toledo

La seconde équipe internationale, conduite par l’étudiant chilien en thèse Sergio Vásquez (Université Catholique Pontificale du Chili, Santiago, Chili et ESO, Santiago, Chili) a adopté une toute autre approche pour déterminer la structure du bulbe. Ils ont mesuré, au moyen des images acquises, à onze ans d’intervalle, par le télescope MPG/ESO de 2,20 mètres, les infimes déplacements résultant des mouvements des étoiles du bulbe dans le plan du ciel. Ces données ont été combinées aux mesures des vitesses des mêmes étoiles en direction de la Terre ou dans le sens opposé, afin de cartographier les mouvements de plus de 400 étoiles en trois dimensions⁷.

« C’est la première fois que nous déterminons les valeurs des vitesses, en trois dimensions, d’un si grand nombre d’étoiles individuelles des deux côtés du bulbe » conclut Sergio Vásquez. « Les étoiles que nous avons observées semblent se répartir le long des bras du bulbe en forme de X, leurs orbites les entraînant de part et d’autre ainsi qu’à l’extérieur du plan de la Voie Lactée. Ce résultat est parfaitement conforme aux prévisions des modèles les plus avancés !  »

Les astronomes pensent qu’à l’origine, la Voie Lactée ressemblait à un disque d’étoiles qui se sont rassemblées en une barre plate il y a des milliards d’années⁸. La partie centrale de cette barre s’est ensuite constituée en boucle puis a adopté cet aspect semblable à une cacahuète tri-dimensionnelle révélé par les nouvelles observations.