L'âge du disque épais de la Voie lactée a été estimé à l'aide d'une nouvelle méthode. Grâce à des tremblements d'étoiles, l'âge de cette structure a été confirmé, résolvant ainsi un mystère de longue date.

Grâce à des tremblements d’étoiles, une équipe de scientifiques a estimé l’âge d’un des disques de la Voie lactée. Le disque épais de notre galaxie est âgé d’environ 10 milliards d’années, annoncent-ils dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society le 4 décembre 2019. L’étude, repérée par Universe Today, est accessible en entier dans une prépublication.

« Le disque épais est l’un des composants les plus intrigants de la galaxie et son origine n’est pas bien comprise », écrivent les auteurs de l’étude. Pour estimer l’âge du disque épais, les chercheurs ont fait de l’astérosismologie, une discipline qui consiste à étudier des vibrations d’étoiles pour mieux comprendre leur structure interne. « L’astérosismologie est un outil prometteur pour étudier la structure et l’évolution galactique car elle peut permettre de sonder l’âge des étoiles », poursuivent les scientifiques.

Le disque épais de la galaxie (« thick disk ») est représenté en jaune. // Source : Wikimedia/CC/Gaba p (photo recadrée et modifiée)

Que contient ce disque épais ?

L’existence du disque épais de la Voie lactée a été évoquée pour la première fois en 1983. Au sein des galaxies spirales, comme la nôtre, les astronomes ont observé la présence de deux structures : un disque mince qui est proche du plan galactique et un disque épais qui s’étend au dessus et en dessous. Le disque épais a une luminosité faible et il abrite principalement des étoiles âgées. Il ne contient que 20 % du nombre total d’étoiles de la Voie lactée. La nouvelle étude confirme que ce disque épais est plus âgé que le disque mince.

Les scientifiques étaient confrontés à un problème : des observations réalisées par le télescope spatial Kepler de la Nasa ne s’accordaient pas avec les modèles de la Voie lactée. Selon ces modèles, le disque épais aurait dû posséder davantage d’étoiles de faible masse, par rapport à ce que Kepler voyait. D’où venait l’erreur ? Les scientifiques ont fait deux hypothèses : soit il y avait des « inexactitudes dans les modèles galactiques », soit il s’agissait d’une erreur dans les critères de sélection des étoiles. Autrement dit, l’erreur pouvait venir des modèles ou des observations. On sait désormais que la première hypothèse était la bonne : l’erreur portait sur la composition chimique des étoiles situées dans le disque épais. En sachant cela, les scientifiques ont pu réajuster les prévisions des modèles pour qu’ils correspondent aux données observées.

Une maquette du télescope spatial Kepler. // Source : Flickr/CC/NASA HQ PHOTO (photo recadrée)

Comment « écouter » les tremblements d’étoiles ?

« Les tremblements provoquent des ondes sonores à l’intérieur des étoiles qui les font sonner ou vibrer », résume l’astronome Dennis Stello, professeur associé à l’université de Nouvelle-Galles du Sud (Australie) et co-auteur de l’étude, dans un communiqué. À l’aide de ces vibrations, les chercheurs peuvent étudier le passé et en savoir davantage sur l’époque lors de laquelle la Voie lactée s’est formée. Évidemment, les chercheurs « n’entendent » pas ces vibrations, mais ils peuvent les étudier en regardant les changements de luminosité des étoiles. Les auteurs en ont déduit que le disque épais s’est formé il y a environ 10 milliards d’années. Selon eux, cette estimation est cohérente « avec l’idée que le disque épais est vieux et s’est formé tôt dans l’histoire de la galaxie ».

La Voie lactée. // Source : Pxhere/CC0 Domaine public (photo recadrée)

Pour étudier les vibrations des étoiles (et donc leur variation de luminosité), les scientifiques ont utilisé des données recueillies par le télescope spatial Kepler, lors de sa deuxième mission baptisée « K2 ». Les chercheurs ont puisé dans différentes campagnes d’observation du ciel, afin de travailler sur « une grande variété de populations stellaires galactiques ».

Les auteurs concluent que l’astérosismologie a encore de beaux jours devant elle. Les missions K2 et TESS (le satellite « Transiting Explanet Survey Satellite ») devraient permettre d’observer davantage d’étoiles et d’obtenir ainsi des « modèles plus détaillés de notre galaxie ».

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