Ce que Hubble et Gaia ont découvert

L'équipe de recherche a analysé 39 amas globulaires situés dans les 20 000 années-lumière intérieures de la Voie lactée. Les observations de Hubble ont fourni des âges relatifs précis et des mesures de la métallicité, l'abondance d'éléments plus lourds que l'hélium. Les données de Gaia ont aidé à reconstruire la manière dont les amas se déplacent à travers la galaxie.

Une analyse statistique a séparé les amas en trois populations. L'une s'est formée dans la Voie lactée elle-même. Une autre est arrivée avec Gaia-Sausage-Enceladus il y a environ 10 milliards d'années. La troisième population suit sa propre séquence d'âge, de métallicité et d'orbite, indiquant qu'elle s'est formée dans une galaxie différente qui a fusionné avec la Voie lactée encore plus tôt.

Constatation Résultat
Amas analysés 39 amas globulaires
Membres LKH 12 amas attribués avec une probabilité supérieure à 50 %
Moment de la fusion Il y a environ 1,8 milliard d'années avant Gaia-Sausage-Enceladus
Masse stellaire estimée Environ 500 millions de Soleils
Localisation actuelle La plupart des débris déposés dans un rayon de 6 kiloparsecs du Centre Galactique
Les attributions des amas, le moment de la fusion et la masse du progéniteur proviennent des modèles chrono-dynamiques et d'évolution chimique de l'étude.

Comment les amas globulaires préservent une galaxie détruite

Les amas globulaires sont des groupes denses, à peu près sphériques, contenant des dizaines de milliers à des millions d'étoiles. Beaucoup se sont formés pendant les premières étapes de la croissance des galaxies. Leurs étoiles partagent une origine commune, ce qui permet aux astronomes d'estimer l'âge et l'histoire chimique de l'amas plus précisément que ce qu'ils peuvent faire pour des étoiles isolées dispersées à travers la Voie lactée.

Lorsqu'une galaxie naine est déchirée, ses amas globulaires peuvent survivre à la collision. Leur galaxie d'origine disparaît, mais les amas conservent un enregistrement du moment et du lieu où leurs étoiles se sont formées. Ils sont très différents des jeunes pouponnières stellaires telles que le amas d'étoiles Treasure Chest, où les étoiles sont encore en train de dégager le nuage qui les a créées.

Le projet CARMA a mesuré les amas à travers les mêmes filtres de Hubble et avec la même méthode d'analyse. Cette cohérence a réduit les différences systématiques entre les estimations d'âge antérieures. Les incertitudes relatives sur l'âge typiques ont été réduites à quelques centaines de millions d'années, suffisamment pour distinguer des populations formées près l'une de l'autre pendant la jeunesse tumultueuse de la Voie lactée.

Trois populations cachées dans la Voie lactée interne

Les chercheurs ont comparé des modèles contenant deux, trois ou quatre populations progénitrices. Le modèle à trois composantes a reçu le soutien statistique le plus fort. Il a divisé l'échantillon en amas nés dans la Voie lactée, en amas associés à Gaia-Sausage-Enceladus et en une séquence intermédiaire assignée à LKH.

Douze des 15 amas précédemment associés à un groupe à basse énergie vaguement défini appartenaient à la population LKH. Ils occupent les six kiloparsecs internes de la galaxie, à environ 19 600 années-lumière du centre. La région est dense, obscurcie par la poussière et fortement affectée par la barre centrale tournante de la Voie lactée, qui peut effacer ou modifier d'anciens motifs orbitaux.

D'autres découvertes dans la même vaste région reposent sur des preuves complètement différentes. La détection de l'érythrulose près du centre galactique, par exemple, provenait de signatures radio moléculaires plutôt que de l'âge et des mouvements des étoiles anciennes.

Pourquoi il est appelé Kraken-Héraclès à basse énergie

Le nom rassemble trois tentatives antérieures pour identifier du matériel ancien dans la Voie lactée interne. Un groupe de faible énergie d’amas globulaires avait été proposé comme débris d’un événement d’accrétion inconnu. Des simulations ont prédit une fusion précoce appelée Kraken. Des relevés ont également identifié une population d’étoiles de la galaxie interne chimiquement distincte nommée Heracles.

Ces appellations ne décrivaient pas initialement exactement le même ensemble d’étoiles et d’amas, et l’origine externe de certains candidats restait contestée. La nouvelle étude définit une population plus claire en utilisant conjointement les âges des amas, les métalllicités et les propriétés orbitales. Les auteurs ont conservé les trois noms afin de reconnaître le travail qui a conduit à l’identification.

Quand la fusion a eu lieu

Le communiqué de la NASA du 17 août décrit la collision comme survenue il y a environ 11,8 milliards d'années, soit environ deux milliards d'années après le Big Bang. L'article de Nature Astronomy estime un temps d'accrétion autour de 12,3 milliards d'années, soit environ 1,5 milliard d'années après le Big Bang.

La différence reflète la manière dont les âges relatifs des amas sont ancrés à une chronologie cosmique absolue. L'article précise que les âges de ses amas sont très précis les uns par rapport aux autres mais peuvent varier sur une échelle absolue en fonction des modèles stellaires utilisés. Le résultat le plus solide est la séquence suivante : LKH a fusionné avec la Voie lactée environ 1,8 milliard d'années avant Gaia-Sausage-Enceladus.

Comment LKH a changé la Voie lactée

LKH avait une masse stellaire comparable à celle de Gaia-Sausage-Enceladus, estimée à environ 500 millions de Soleils. La jeune Voie lactée était beaucoup plus petite qu’aujourd’hui, donc absorber une galaxie de cette taille aurait contribué de manière significative à ses premières étoiles et amas.

La plupart des matériaux identifiés de LKH se trouvent maintenant profondément à l'intérieur de la Voie lactée. La fusion pourrait avoir contribué aux populations stellaires pauvres en métaux du halo intérieur et du bulbe avant que la galaxie ne développe son disque actuel. Cela montre aussi que certaines des premières étoiles de la Voie lactée sont nées en dehors de notre galaxie et sont arrivées par le biais de fusions.

La galaxie physique a été reconstruite à plusieurs reprises alors que les cultures ont donné à sa bande lumineuse des significations très différentes. Ces traditions forment un enregistrement distinct de la façon dont les gens ont interprété la Voie lactée dans les mythes du monde entier bien avant que son histoire de fusion puisse être mesurée.

Ce qui a été mesuré et ce qui reste inféré

Hubble a mesuré la photométrie des amas utilisée pour déterminer les âges relatifs précis et les métalllicités. Gaia a fourni les mouvements stellaires utilisés dans l'analyse orbitale. Les données soutiennent trois populations d'amas distinctes, la séquence LKH étant séparée à la fois des amas de la Voie lactée et de Gaia-Sausage-Enceladus.

LKH lui-même est une reconstruction. Les astronomes n'ont pas photographié la galaxie naine avant l'impact. Sa masse, la date de la fusion et les membres survivants sont déduits de modèles statistiques, dynamiques et d'évolution chimique. L'étude ne peut pas non plus exclure des galaxies plus petites, plus anciennes, qui manquaient de amas globulaires ou dont les amas ont été complètement détruits.

Le résultat fournit une preuve solide d'une fusion importante au début, et non un inventaire complet de tout ce que la jeune Voie lactée a absorbé.

Ce que les astronomes étudieront ensuite

L'équipe étend la même analyse aux amas globulaires qui n'ont pas encore reçu de mesures précises de l'âge par le télescope Hubble. Un échantillon plus large pourrait révéler si des populations supplémentaires issues de fusions majeures restent enfouies dans la galaxie intérieure.

Les futures mesures de l'âge des étoiles issues de missions telles que PLATO pourraient aider à relier les amas LKH à une population plus large d'étoiles de la Voie lactée intérieure. Des estimations d'âge plus précises pourraient également résoudre le calendrier absolu de la collision et distinguer les débris LKH du matériel apporté par des galaxies plus petites pendant la même période précoce.

Questions fréquemment posées

Qu'est-ce que le Low-Energy-Kraken-Heracles ?

Le Kraken-Héraclès à faible énergie, ou LKH, est le nom donné à une ancienne galaxie naine qui a fusionné avec la jeune Voie lactée. Il est reconstruit à partir d'une population distincte d'amas globulaires que l'on trouve maintenant dans la galaxie intérieure.

Quand le LKH a-t-il fusionné avec la Voie lactée ?

La NASA situe l'événement il y a environ 11,8 milliards d'années. Le modèle de l'article estime à environ 12,3 milliards d'années. Les deux estimations le placent environ 1,8 milliard d'années avant la fusion Gaia-Sausage-Enceladus.

Quelle était la taille de la galaxie LKH ?

L'étude estime que LKH contenait environ 500 millions de masses solaires en étoiles. Sa masse totale, incluant le gaz et la matière noire, aurait été plus élevée mais n'est pas directement mesurée par cette analyse.

Les astronomes peuvent-ils encore voir LKH ?

Pas en tant que galaxie séparée. La Voie lactée l'a déchirée et a absorbé son matériel. Les astronomes identifient son reste survivant grâce à des amas d'étoiles anciens ayant des âges, une chimie et un comportement orbital communs.

Hubble a-t-il photographié la collision ?

Non. La collision s'est produite des milliards d'années avant la formation du Système solaire. Hubble a mesuré les amas globulaires survivants, tandis que l'image de la collision accompagnante est une conception artistique.

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