Découverte du cimetière d’étoiles mortes de la Voie lactée

La première carte du “monde souterrain galactique” – une carte des cadavres de soleils autrefois massifs qui se sont depuis effondrés dans des trous noirs et des étoiles à neutrons – a révélé un cimetière qui s’étend sur trois fois la hauteur de la Voie lactée, et que près d’un tiers des objets ont été projetés hors de la galaxie.

“Ces restes compacts d’étoiles mortes montrent une distribution et une structure fondamentalement différentes de la galaxie visible”, a déclaré David Sweeney, titulaire d’un doctorat. étudiant à l’Institut d’astronomie de Sydney à l’Université de Sydney, et auteur principal de l’article dans le dernier numéro de Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

“La” hauteur “du monde souterrain galactique est plus de trois fois plus grande dans la Voie lactée elle-même”, a-t-il ajouté. “Et un incroyable 30% des objets ont été complètement éjectés de la galaxie.”

Les étoiles à neutrons et les trous noirs se forment lorsque étoiles massives– plus de huit fois plus gros que notre soleil – épuisent leur carburant et s’effondrent soudainement. Cela déclenche une réaction d’emballement qui fait exploser les parties extérieures de l’étoile dans une explosion de supernova titanesque, tandis que le noyau continue de se comprimer jusqu’à ce que, selon sa masse de départ, il devienne soit un neutron étoile ou un trou noir.

Dans les étoiles à neutrons, le noyau est si dense que les électrons et les protons sont obligés de se combiner au niveau subatomique en neutrons, comprimant sa masse totale dans une sphère plus petite qu’une ville. Si la masse de l’étoile d’origine est supérieure à 25 fois celle de notre soleil, cet effondrement provoqué par la gravité se poursuit jusqu’à ce que le noyau soit si dense que même la lumière ne puisse s’échapper. Les deux types de cadavres stellaires déforment l’espace, le temps et la matière qui les entourent.

Bien que des milliards aient dû se former depuis que la galaxie était jeune, ces carcasses exotiques ont été projetées dans l’obscurité de l’espace interstellaire par la supernova qui les a créées, et ont donc échappé à la vue et à la connaissance des astronomes – jusqu’à maintenant.

En recréant soigneusement le cycle de vie complet des anciennes étoiles mortes, les chercheurs ont construit la première carte détaillée montrant où se trouvent leurs cadavres.

“L’un des problèmes pour trouver ces objets anciens est que, jusqu’à présent, nous ne savions pas où chercher”, a déclaré le professeur Peter Tuthill de l’Institut d’astronomie de Sydney, co-auteur de l’article. “Les étoiles à neutrons et les trous noirs les plus anciens ont été créés lorsque la galaxie était plus jeune et formée différemment, puis soumises à des changements complexes s’étalant sur des milliards d’années. Cela a été une tâche majeure de modéliser tout cela pour les trouver.”

Les étoiles à neutrons et les trous noirs nouvellement formés sont conformes à la galaxie d’aujourd’hui, les astronomes savent donc où regarder. Mais les étoiles à neutrons les plus anciennes et trous noirs sont comme des fantômes qui hantent encore une maison démolie il y a longtemps, ils sont donc plus difficiles à trouver.

“C’était comme essayer de trouver le cimetière mythique des éléphants”, a déclaré le professeur Tuthill, faisant référence à un endroit où, selon la légende, de vieux éléphants vont mourir seuls, loin de leur groupe. “Les os de ces rares étoiles massives devaient être là-bas, mais ils semblaient s’envelopper de mystère.”

Sweeney a ajouté que “le problème le plus difficile que j’ai eu à résoudre dans la recherche de leur véritable distribution était de tenir compte des” coups de pied “qu’ils reçoivent dans les moments violents de leur création. Les explosions de supernova sont asymétriques et les restes sont éjectés à grande vitesse – jusqu’à à des millions de kilomètres par heure – et, pire encore, cela se produit dans une direction inconnue et aléatoire pour chaque objet.”

Mais rien dans l’univers ne reste immobile longtemps, donc même connaître l’ampleur probable des coups de pied explosifs n’était pas suffisant : les chercheurs ont dû plonger dans les profondeurs du temps cosmique et reconstruire leur comportement sur des milliards d’années.

“C’est un peu comme au snooker”, a déclaré Sweeney. “Si vous savez dans quelle direction la balle est frappée et avec quelle force, vous pouvez déterminer où elle finira. Mais dans l’espace, les objets et les vitesses sont simplement beaucoup plus grands. De plus, la table n’est pas plate, donc les restes stellaires aller sur des orbites complexes traversant la galaxie.”

“Enfin, contrairement à une table de billard, il n’y a pas de friction, donc ils ne ralentissent jamais. Presque tous les vestiges jamais formés sont toujours là-bas, glissant comme des fantômes dans l’espace interstellaire.”

Les modèles complexes qu’ils ont construits – en collaboration avec le Dr Sanjib Sharma, chercheur à l’Université de Sydney, et le Dr Ryosuke Hirai de l’Université Monash – ont codé où les étoiles sont nées, où elles ont rencontré leur fin ardente et leur dispersion éventuelle à mesure que la galaxie évoluait.

Le résultat final est une carte de distribution de la nécropole stellaire de la Voie Lactée.

“C’était un peu un choc”, a déclaré le Dr Sharma. “Je travaille tous les jours avec des images de la galaxie visible que nous connaissons aujourd’hui, et je m’attendais à ce que le monde souterrain galactique soit subtilement différent, mais similaire dans les grandes lignes. Je ne m’attendais pas à un changement de forme aussi radical.”

Dans les cartes générées, les bras spiraux caractéristiques de la Voie lactée disparaissent dans la version “monde souterrain galactique”. Ceux-ci sont entièrement effacés en raison de l’âge de la plupart des vestiges et des effets de flou des coups de pied énergétiques des supernovae qui les ont créés.

Encore plus intrigant, la vue latérale montre que le monde souterrain galactique est beaucoup plus “gonflé” que la Voie lactée – un résultat de l’énergie cinétique injectée par les supernovae les élevant dans un halo autour de la Voie lactée visible.

“La découverte la plus surprenante de notre étude est peut-être que les coups de pied sont si forts que la Voie lactée perdra entièrement certains de ces vestiges”, a déclaré le Dr Hirai. « Ils reçoivent des coups de pied si violents qu’environ 30 % des étoiles à neutrons sont projetés dans l’espace intergalactique, pour ne jamais revenir.”

Tuthill a ajouté que “pour moi, l’une des choses les plus intéressantes que nous ayons trouvées dans ce travail est que même le voisinage stellaire local autour de notre soleil est susceptible de faire passer ces visiteurs fantomatiques. Statistiquement, notre vestige le plus proche ne devrait être qu’à 65 années-lumière : plus ou moins dans notre arrière-cour, en termes galactiques.”

“La partie la plus excitante de cette recherche est encore devant nous”, a déclaré Sweeney. “Maintenant que nous savons où chercher, nous développons des technologies pour partir à leur recherche. Je parie que le “monde souterrain galactique” ne restera pas enveloppé de mystère très longtemps.”