Quelle est la masse précise de notre Galaxie ?

Une nouvelle technique d’estimation de la masse des galaxies promet des résultats plus fiables. Celle-ci permet de combiner les mouvements tridimensionnels observés de plusieurs galaxies satellites de la Voie lactée avec des simulations informatiques approfondies. Cela permet d’obtenir une estimation de haute précision de la masse de notre Galaxie.

Déterminer la masse des galaxies est utile pour comprendre l’architecture de l’Univers. Selon les modèles cosmologiques actuels, la matière visible d’une galaxie, comme les étoiles, le gaz et la poussière, ne représente que 15% de sa masse. Les 85% restants sont censés résider dans la matière noire, un composant mystérieux qui n’a jamais été observé et dont les propriétés physiques restent largement inconnues. La grande majorité de la masse d’une galaxie – principalement de la matière noire donc – est située dans son halo, une vaste région environnante contenant peu ou pas d’étoiles, et dont la forme est elle aussi inconnue.

Les astronomes estiment aujourd’hui que les filaments de la matière noire couvrent l’Univers tout entier, attirant avec eux la matière lumineuse baryonique (« normale »). Il arrive que les filaments se croisent : à ces points d’embranchements, le gaz et la poussière s’accumulent pour finalement former les galaxies. Au fil des milliards d’années, les petites galaxies fusionnent pour en former des plus grandes. Leur taille augmente et leur attraction gravitationnelle s’étend de plus en plus loin dans l’espace. Elles attirent ensuite d’autres petits systèmes galactiques qui deviennent des galaxies satellites.

Mais alors comment pèse-t-on une galaxie ? Déjà, il est impossible de définir sa masse simplement en la regardant – encore moins lorsque l’observateur se trouve à l’intérieur, comme c’est le cas avec notre Voie lactée. Les chercheurs déduisent habituellement la masse d’une galaxie en étudiant les mouvements des objets célestes – des galaxies satellites, par exemple – autour de la galaxie hôte. Cette nouvelle technique s’appuie ici sur leur moment cinétique, permettant des résultats plus fiables. Le moment cinétique d’un corps dans l’espace dépend à la fois de sa distance et de sa vitesse. Puisque les galaxies satellites ont tendance à se déplacer autour de la Voie lactée sur des orbites elliptiques, leurs vitesses augmentent à mesure qu’elles se rapprochent de notre Galaxie et diminuent à mesure qu’elles s’éloignent. Le moment cinétique lui, reste constant en tout point de l’orbite.

Présentée ce jeudi 7 juin à la 232e réunion de l’American Astronomical Society à Denver, l’étude est la première à examiner les mouvements tridimensionnels complets de neuf des 50 galaxies satellites connues de la Voie lactée, et à comparer leurs mesures de moment cinétique à un univers simulé contenant un total de 20 000 galaxies hôtes qui ressemblent à notre propre Galaxie. Ensemble, ces galaxies simulées hébergent environ 90 000 galaxies satellites.

Cette nouvelle technique a permis aux chercheurs de fixer la masse de la Voie lactée à 0,96 billions de masses solaires. Des estimations antérieures avaient placé la masse de notre Galaxie entre 700 milliards et 2 billions de masses solaires. Les résultats renforcent également les estimations suggérant que la galaxie d’Andromède est plus massive que notre Voie lactée.

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