Vibration d'étoile et collision galactique

Publié par Redbran le 15/01/2020 à 14:00
Source: CEA IRFU

Une collision de la Voie lactée avec une petite galaxie est datée avec précision par l'étude de l'étoile ν Indi

ν Indi est une étoile brillante (magnitude visuelle mv = 5.3) visible à l'œil nu depuis l'hémisphère sud (L'hémisphère sud ou hémisphère austral est la moitié du globe terrestre qui s'étend entre l'équateur et le pôle Sud. En...). En utilisant des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) sol (télescopes ESO), espace (missions spatiales Gaia et Tess) et en combinant des informations très diverses de spectroscopie, astrométrie (L'astrométrie est la partie de l'astronomie qui s'occupe de la position des étoiles et des autres objets célestes, leur distances et leur mouvements.), cinématique (En physique, la cinématique est la discipline de la mécanique qui étudie le mouvement des corps, en faisant abstraction des causes du...) ou d'astérosismologie, une équipe internationale incluant deux chercheurs du Département d'Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Saclay a pu déterminer l'époque, entre 11.6 et 13.2 milliards d'années, d'une collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) entre notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) avec une petite galaxie naine (Une galaxie naine est une petite galaxie composée de l'ordre de 10 milliards d'étoiles, un nombre relativement faible par rapport aux 100 milliards d'étoiles de notre...) , Gaia-Enceladus. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Astronomy, Janvier 2020.

Début d'enquête

Ce résultat est basé sur une étude détaillée des propriétés de l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est...), liant (Un liant est un produit liquide qui agglomère des particules solides sous forme de poudre. Dans le domaine de la peinture, il permet au pigment d'une peinture de coller sur...) à la fois moyens sol et dans l'espace. Les données extrêmement fines en mode spectroscopie (obtenues à l'ESO avec les télescopes de 3.6m et 2.2m) ont permis de mesurer la composition chimique de l'étoile, dont les éléments sont par leur présence et leur abondance des traceurs de la vie (La vie est le nom donné :) de l'étoile et de son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec...). Ils fournissent des informations pertinentes sur son histoire conduisant à deux hypothèses: ν Indi est née dans la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une...) ou bien appartient à la galaxie Gaia-Enceladus. Cette ambiguïté a été levée par l'analyse du mouvement de l'étoile, possible grâce aux données recueillies par le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument...) Gaia. Gaia est une mission spatiale de l'ESA lancée en 2013 et consacrée à la mesure très précise de la position, distance et mouvement des étoiles de la Galaxie.


A gauche: Composition des images prises par le satellite TESS d'une partie du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) indiquant la position de nu Indi (cercle bleu), le plan de la Voie lactée (en bas à gauche) et le pôle écliptique (L'écliptique est le grand cercle sur la sphère céleste représentant la trajectoire annuelle du soleil vue de la Terre. Plus précisement, il s'agit de l'intersection de la sphère céleste avec le plan écliptique, qui est le plan...) sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) (en haut). Données recueillies par le satellite TESS (crédit: J. T. Mackereth).
A droite: Densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour les liquides...) de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) spectrale en fonction de la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi...) de l'étoile nu Indi (données obtenues par TESS sur une période de 27 jours). Les principaux modes d'oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux mêmes équations quel que...) sont indiqués par les chiffres/couleur. Nu-Indy est une étoile qui se trouve sur la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) dite de sous-géante, une phase où l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) du cœur de l'étoile est épuisé et durant laquelle s'enclenchent des réactions nucléaires à la frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux États souverains. Le rôle que joue une...) de ce même cœur. Durant cette phase, très rapide dans le cycle de l'évolution de l'étoile, les fréquences des modes d'oscillations dipolaires (marqués 1 sur la figure) sont très sensibles à l'âge de l'étoile. La mesure de ces modes permet ainsi de déterminer avec précision l'âge de l'étoile, méthode mise à profit dans les travaux présentés ici.

Astérosismologie et datation de la collision

Enfin, la détermination précise de l'âge de l'étoile a complété cette enquête. Ceci a été possible par la méthode d'étude des oscillations propres de ν Indi (astérosismologie) grâce aux données collectées par le satellite de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du programme spatial des...) TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). TESS, lancé en 2018, balaye la quasi-totalité du ciel à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique,...) de planètes en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco, Megatriorchis,...) d'étoiles. Ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré...) permettent dans le même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d'étudier les propriétés de l'étoile autour de laquelle gravitent les potentielles planètes. L'analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces méthodes à donner...) de TESS a permis ainsi de contraindre l'âge de l'étoile et de déterminer qu'elle est née au sein et au début de la vie de la Voie lactée, il y a 11,5 milliards d'années, mais que la collision avec la galaxie Gaia-Encelade avait sensiblement affecté sa trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) dans la Voie lactée. La détermination de l'âge de l'étoile permet de définir une limite supérieure de la date de la collision Voie lactée/Gaia-Encelade, située par les chercheurs entre 11.6 et 13.2 milliards d'années.

Ces travaux, publiés dans la revue Nature Astronomy, montrent le potentiel de la combinaison (Une combinaison peut être :) d'études multiples, pour la compréhension des étoiles comme pour celle de l'histoire de la Galaxie.

Publication:
- "Age dating of an early Milky Way merger via asteroseismology of the naked-eye star ν Indi "
William J. Chaplin et al., New Astronomy, 13 January 2020

Voir: le communiqué de presse (Un communiqué de presse est un document court envoyé aux journalistes dans le but de couvrir un événement.) de l'Université de Birmingham (L'Université de Birmingham (University of Birmingham ou Birmingham University) est la plus ancienne des trois universités dans la ville anglaise de Birmingham. Elle a été fondée en 1900 à partir du...)

Contacts:
- Lisa Bugnet,
- Rafael Garcia
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