Les étoiles qui composent le halo de la Voie lactée – un nuage sphérique diffus entourant le disque galactique – se déplacent à une vitesse étonnamment lente. À environ 25 kilomètres par seconde par rapport au centre galactique, elles rampent comparé à l’orbite de 220 kilomètres par seconde du Soleil. Les modèles standards de formation des galaxies prévoyaient une rotation du halo de 50 à 60 kilomètres par seconde. L’écart a été un embarras silencieux pour l’astronomie pendant des années ; les chiffres ne correspondaient tout simplement pas.
Une équipe de l’Université de Durham a maintenant proposé une explication, et elle implique l’un des événements les plus violents de l’histoire de la Voie lactée.
Un indice caché dans la rotation du halo
Kirill Batrakov et ses collègues ont utilisé la suite de simulations cosmologiques Auriga, qui modélise l’évolution de 25 galaxies semblables à la Voie lactée depuis les débuts de l’univers jusqu’à nos jours. Chaque simulation suit des millions de particules représentant des étoiles, du gaz et de la matière noire sur des milliards d’années. L’équipe cherchait les facteurs déterminant la vitesse de rotation du halo stellaire d’une galaxie.
Ils en ont trouvé deux. Le premier était la présence de sous-structures laissées par la fusion Gaia-Enceladus-Saucisson – une collision connue entre la Voie lactée et une galaxie naine survenue il y a environ 10 milliards d’années. Le second était quelque chose d’inattendu : un basculement du disque.
Lorsqu’une galaxie naine frappe une galaxie plus grande de face, l’impact peut transférer le moment cinétique de manière à faire pivoter le disque de la plus grande galaxie de 90 degrés ou plus. La Voie lactée, selon les simulations, a connu exactement ce type de basculement. Le halo stellaire a hérité de la rotation lente du disque d’avant l’impact, et il a conservé cette signature pendant 10 milliards d’années.
Une bascule de 90 degrés sur un milliard d’années
Le basculement n’a pas été instantané. Les simulations montrent qu’il a fallu entre 150 millions et un peu plus d’un milliard d’années pour s’achever – une rotation lente et majestueuse entraînée par les conséquences gravitationnelles de la collision. Le Soleil et le système solaire n’existaient pas encore ; ils se sont formés il y a environ 5 milliards d’années, bien après la fin de l’événement.
La galaxie naine Gaia-Enceladus-Saucisson, dont les débris forment une distribution distincte en forme de saucisson dans le halo de la Voie lactée, était le coupable probable. Elle a frappé la jeune Voie lactée de plein fouet, un impact direct qui a transféré tant de moment cinétique que le disque de la galaxie s’est incliné de plus de 90 degrés par rapport à son orientation originale.
Batrakov a présenté les résultats lors de la réunion nationale d’astronomie de la Royal Astronomical Society à Birmingham. Ces travaux relient deux caractéristiques apparemment distinctes de la Voie lactée – la rotation lente du halo et la distribution particulière des débris de fusion – et les attribuent toutes deux à la même collision ancestrale.
Traduit par Lydie