Pour être clair, déterminer la masse de la galaxie de la Voie lactée n'est pas une tâche simple. D'une part, les observations sont difficiles car le système solaire se trouve profondément dans le disque de la galaxie elle-même. Mais en même temps, il y a aussi la masse du halo de matière noire de notre galaxie, qui est difficile à mesurer car elle n'est pas "lumineuse", et donc invisible aux méthodes de détection conventionnelles.
Les estimations actuelles de la masse totale de la galaxie sont basées sur les mouvements des flûtes à marée de gaz et des amas globulaires, qui sont tous deux influencés par la masse gravitationnelle de la galaxie. Mais jusqu'à présent, ces mesures ont produit des estimations de masse allant de un à plusieurs milliards de masses solaires. Comme le professeur Loeb l'a expliqué à Space Magazine par courrier électronique, la mesure précise de la masse de la Voie lactée est d'une grande importance pour les astronomes:
«La Voie lactée fournit un laboratoire pour tester le modèle cosmologique standard. Ce modèle prédit que le nombre de galaxies satellites de la Voie lactée dépend sensiblement de sa masse. Lors de la comparaison des prédictions avec le recensement des galaxies satellites connues, il est essentiel de connaître la masse de la Voie lactée. De plus, la masse totale calibre la quantité de matière invisible (sombre) et définit bien la profondeur du potentiel gravitationnel et implique la vitesse à laquelle les étoiles devraient se déplacer pour qu'elles s'échappent dans l'espace intergalactique. »
Dans l'intérêt de leur étude, le professeur Loeb et le Dr Fragione ont donc choisi d'adopter une nouvelle approche, qui consistait à modéliser les mouvements des HVS pour déterminer la masse de notre galaxie. Jusqu'à présent, plus de 20 HVS ont été découverts dans notre galaxie, qui se déplacent à des vitesses allant jusqu'à 700 km / s (435 mi / s) et sont situés à des distances d'environ 100 à 50000 années-lumière du centre galactique.
On pense que ces étoiles ont été éjectées du centre de notre galaxie grâce aux interactions des étoiles binaires avec le trou noir supermassif (SMBH) au centre de notre galaxie - alias. Sagittaire A *. Alors que leur cause exacte fait encore l'objet de débats, les orbites des HVS peuvent être calculées car elles sont entièrement déterminées par le champ gravitationnel de la galaxie.
Comme ils l'expliquent dans leur étude, les chercheurs ont utilisé l'asymétrie dans la distribution de vitesse radiale des étoiles dans le halo galactique pour déterminer le potentiel gravitationnel de la galaxie. La vitesse de ces étoiles halo dépend de la vitesse de fuite potentielle des HVS, à condition que le temps nécessaire aux HVS pour terminer une seule orbite soit plus court que la durée de vie des étoiles halo.
À partir de là, ils ont pu distinguer différents modèles de la Voie lactée et la force gravitationnelle qu'elle exerce. En adoptant le temps de trajet nominal de ces HVS observés - qu'ils ont calculés à environ 330 millions d'années, à peu près le même que la durée de vie moyenne des étoiles halo - ils ont pu dériver des estimations gravitationnelles pour la Voie lactée qui ont permis des estimations sur sa masse globale .
"En calibrant la vitesse minimale des étoiles non liées, nous constatons que la masse de la Voie lactée se situe dans la plage de 1,2 à 1,9 billion de masses solaires", a déclaré Loeb. Bien que toujours soumise à une fourchette, cette dernière estimation constitue une amélioration significative par rapport aux estimations précédentes. De plus, ces estimations sont cohérentes avec nos modèles cosmologiques actuels qui tentent de prendre en compte toute la matière visible dans l'Univers, ainsi que la matière noire et l'énergie noire - le modèle Lambda-CDM.
"La masse déduite de la Voie lactée est dans la plage attendue dans le modèle cosmologique standard", a déclaré Leob, "où la quantité de matière noire est environ cinq fois plus grande que celle de la matière ordinaire (lumineuse)".
Sur la base de cette ventilation, on peut dire que la matière normale dans notre galaxie - à savoir les étoiles, les planètes, la poussière et le gaz - représente entre 240 et 380 milliards de masses solaires. Donc, non seulement cette dernière étude fournit des contraintes de masse plus précises pour notre galaxie, mais elle pourrait également nous aider à déterminer exactement combien de systèmes stellaires existent - les estimations actuelles indiquent que la Voie lactée compte entre 200 et 400 milliards d'étoiles et 100 milliards de planètes. .
Au-delà de cela, cette étude est également importante pour l'étude de la formation et de l'évolution cosmiques. En plaçant des estimations plus précises sur la masse de notre galaxie, celles qui sont cohérentes avec la répartition actuelle de la matière normale et de la matière noire, les cosmologistes seront en mesure de construire des comptes-rendus plus précis de la façon dont notre Univers a vu le jour. Un pas de plus pour comprendre l'Univers à la plus grande échelle!
