Illustration d'artiste d'un exil galactique. Crédit d'image: CfA. Cliquez pour agrandir.
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Fraser Cain: Pouvez-vous me parler des étoiles que vous avez observées et comment elles ont été chassées de notre galaxie?
Dr Warren Brown: Ce que nous avons découvert, ce sont deux étoiles dans les régions éloignées de la Voie lactée qui voyagent à des vitesses que personne n'a jamais vraiment vues d'étoiles dans notre galaxie, du moins des étoiles en dehors du centre galactique. Sauf que ces étoiles sont à des centaines de milliers d'années-lumière du centre galactique. Et pourtant, la seule explication plausible de leur vitesse est qu'ils ont été éjectés par le trou noir supermassif au centre de la galaxie.
Fraser: Donc, ils se sont éloignés trop près du trou noir supermassif et ont été expulsés?
Brown: Oui, alors voici l'image. Ce scénario nécessite trois corps, et les astronomes disent que la façon la plus probable est que vous ayez une paire d'étoiles. Comme vous le savez peut-être, quelque chose comme la moitié des étoiles dans le ciel sont en fait des systèmes contenant une paire, ou parfois plus d'étoiles. Et donc si vous avez une paire d'étoiles étroitement liées qui, pour une raison quelconque, se déplacent trop près du trou noir supermassif, à un moment donné, la gravité du trou noir dépassera l'énergie de liaison entre la paire d'étoiles et déchirera l'une de ces étoiles. . Il capturera une étoile, mais l'autre étoile quitte ensuite le système avec l'énergie orbitale de la paire. Et c'est comme ça que vous obtenez cette augmentation de vitesse supplémentaire. C'est que le trou noir supermassif est fondamentalement capable de délier une étoile, de la capturer et de laisser l'autre avec toute la quantité d'énergie que la paire avait. Et cette étoile est ensuite éjectée de la galaxie.
Fraser: Alors, si une étoile simple et régulière se rapprochait trop, elle n'aurait pas l'énergie pour être éjectée. Je pense avoir vu des simulations où l'étoile se rapproche trop du trou noir et change en quelque sorte la direction de son orbite, mais elle continue toujours à orbiter.
Brown: Bien sûr, vous pourriez imaginer que c'est comme un vaisseau spatial qui se fait fronde autour de Jupiter ou quelque chose. Vous pouvez imaginer que vous pourriez changer la trajectoire et gagner en vitesse. Mais il n'y a aucun mécanisme dans la galaxie pour gagner autant de vitesse pour quelque chose qui est la masse d'une étoile de masse solaire 3-4. Cela nécessite une interaction à trois corps pour créer la vitesse que nous voyons. Et ce que nous observons, c'est leur mouvement par rapport à nous. Ils s'éloignent de nous à une vitesse d'environ 1 à 1,5 million de milles à l'heure.
Fraser: À quelle vitesse les stars auraient-elles pu aller lorsqu'elles sont venues rencontrer leur rupture?
Brown: Je n'en suis pas sûr. Probablement quelque chose de 10 fois cela, juste avant ce moment où ils passent devant le trou noir. Bien sûr, lorsque vous quittez bien le potentiel gravitationnel du trou noir, ils ralentissent assez soudainement. Leur vitesse d'échappement finale est ce que nous observons maintenant; c'est de l'ordre d'un million de kilomètres à l'heure. Et c'est bien plus de deux fois la vitesse dont vous avez besoin pour échapper à notre galaxie. Ces étoiles sont vraiment des exilés. Ils sont bannis de la galaxie et ils ne reviendront jamais.
Fraser: Et une étoile est expulsée. Qu'arrive-t-il à l'autre star?
Brown: C’est une question intéressante. En fait, certains théoriciens ont écrit un document théorique suggérant que ces étoiles sur de très longues orbites elliptiques autour du trou noir massif central pourraient être les anciens compagnons de ces soi-disant étoiles à hypervitesse que nous avons découvertes. Et c'est le genre d'orbite auquel vous vous attendez. À moins que l'étoile n'ait la malchance de tomber directement dans le trou noir, si elle manque un peu, elle va juste se balancer et ensuite être sur une très longue orbite elliptique autour du trou noir central massif.
Fraser: Et d'où vient la paire? Est-ce un destin qui pourrait affecter certaines étoiles binaires proches?
Brown: Eh bien, cela donne une vue d'ensemble. Le centre galactique est un endroit intéressant. Il a beaucoup de jeunes stars. Trois des plus jeunes amas d'étoiles massives découverts dans la galaxie viennent juste à côté du centre galactique. Et ils contiennent certaines des étoiles les plus massives de la galaxie. Il y a donc beaucoup de jeunes étoiles en orbite là-bas. La question est de savoir comment obtenir une étoile pour modifier son orbite afin qu'elle tire directement vers le trou noir supermassif, au lieu de simplement orbiter autour d'elle, comme la Terre en orbite autour du Soleil. Et c'est une question ouverte. Et une chose que ces étoiles à hypervitesse que nous avons découvertes commencent à nous donner des indices sur le fonctionnement de ce mécanisme. Parce que, par exemple, une idée est qu'avec ces amas d'étoiles, nous avons observé. Peut-être que par frottement dynamique, alors qu’elles rencontrent d’autres étoiles, elles peuvent sombrer lentement vers le centre galactique où se trouve le trou noir. Et si cela devait arriver, vous pourriez imaginer que soudainement il y avait tout un tas d'étoiles juste à côté de ce trou noir massif. Vous pourriez obtenir une rafale de ces étoiles à hypervitesse. Il y a toutes sortes d'étoiles à éjecter. Et pourtant, les étoiles que nous observons ont toutes des temps de trajet différents du centre galactique. Ce n'est que suggestif, mais nous commençons déjà à pouvoir dire quelque chose sur l'histoire des étoiles interagissant avec le trou noir supermassif. Et ce qui apparaît jusqu'à présent, c'est qu'il n'y a aucune preuve que des amas d'étoiles tombent dans le centre galactique.
Fraser: Il pourrait y avoir une sorte de tapis roulant où les étoiles naissent, puis elles s’abaissent lentement puis sont expulsées à mesure qu’elles s’approchent trop.
Brown: Oui, c'est une sorte d'idée. Pour que cette bande transporteuse fonctionne, vous avez besoin d'une sorte d'endroit massif comme un groupe d'étoiles pour que ce convoyeur fonctionne. Pour pouvoir couler quelque chose vers le trou noir massif. Comme un objet massif rencontre beaucoup d'objets massifs, il s'avère que les objets moins massifs auront tendance à dégager un peu plus d'énergie. Comme l'objet massif, dans ce cas un amas d'étoiles, perd de l'énergie, son orbite se désintègre et il se rapproche du centre galactique.
Fraser: Avec le petit nombre d'étoiles que vous avez trouvées et le grand nombre d'étoiles dans la galaxie, il a dû être assez difficile de retrouver ces gars. Quelle a été la méthode que vous avez utilisée?
Brown: Oui, c'est en fait l'un des résultats passionnants de cette époque. La première découverte, il y a un an, après la première étoile à hypervitesse, c'était quelque chose d'une découverte fortuite. Et cette fois, nous les recherchions activement. Et l'astuce était que ces choses devaient être très rares. Les théoriciens estiment qu'il y a peut-être un millier de ces étoiles dans toute la galaxie. Et la galaxie contient plus de 100 milliards d'étoiles. Nous avons donc dû chercher d'une manière qui nous a donné une assez bonne chance d'en trouver plus. Et notre stratégie était double. La première est que les abords de la Voie lactée contiennent principalement des étoiles naines anciennes. Des étoiles comme le Soleil, ou moins d'étoiles rouges. Il n'y a pas de jeunes étoiles massives bleues, et c'est le genre d'étoile que nous avons décidé de rechercher; des étoiles jeunes et lumineuses pour que nous puissions les voir de loin, mais là où il ne devrait pas y avoir ces étoiles comme ça à la périphérie de la galaxie. Et l'autre partie de la stratégie consistait à rechercher des étoiles faibles. Plus vous allez loin, moins les étoiles de galaxie d'arrière-plan que vous devez affronter. Et plus vous rencontrerez probablement ces étoiles à hypervitesse, par opposition à une autre étoile en orbite autour de la galaxie.
Fraser: Et quelle est la méthode que vous utilisez pour dire à quelle vitesse l’étoile se déplace?
Brown: Pour cela, nous avons dû prendre un spectre de l'étoile. En utilisant le télescope de 6,5 MMT en Arizona, nous avons pointé l'étoile vers l'une de nos étoiles candidates et nous prenons la lumière de cette étoile et nous la mettons dans un spectre arc-en-ciel et prenons une photo de ce spectre. Et les éléments de l'atmosphère stellaire servent d'empreintes digitales. Vous pouvez voir les lignes d'absorption dues à l'hydrogène et à l'hélium et à d'autres éléments. Et c'était en utilisant les mouvements, les décalages Doppler - dans ce cas les décalages rouges - de ces longueurs d'onde nous ont dit à quelle vitesse les étoiles s'éloignaient de nous. Et la plupart des étoiles de notre échantillon étaient des étoiles de galaxie normales; ils se déplaçaient à des vitesses assez lentes, puis deux d'entre eux se déplaçaient assez rapidement, et c'est les deux que nous avons annoncés tout à l'heure.
Fraser: Et que pensez-vous que cela nous apprend sur la formation des étoiles, ou le centre de la galaxie, ou…
Brown: Eh bien, c'est en fait une partie intéressante de l'histoire cette fois-ci. Maintenant que nous en avons un échantillon, ce sont vraiment une nouvelle classe d'objets, ces étoiles à hypervitesse, nous pouvons commencer à dire quelque chose sur leur provenance, qui est le centre galactique. Ces étoiles sont particulièrement adaptées pour nous raconter l'histoire de ce qui se passe au centre galactique. Leurs temps de voyage nous disent quelque chose sur l'histoire, ce qui s'est passé, mais aussi sur le genre d'étoiles que nous voyons. Dans ce cas, ces jeunes étoiles bleues - ces 3-4 étoiles de masse solaire - que les astronomes appellent ces étoiles de type B. Le fait que nous en ayons vu deux dans notre région d'étude, que nous avons effectuée sur environ 5% du ciel, est cohérent avec la distribution moyenne des étoiles que vous verriez dans la galaxie. Mais incompatible avec ce que beaucoup de ces amas d'étoiles vous voyez dans le centre galactique. Donc, juste le fait du type d'étoiles que vous voyez commence à nous parler de la population de ce qui a été tiré de la galaxie. Dans ce cas, il ne ressemble pas à ces amas supermassifs d'étoiles, mais plutôt à votre étoile moyenne qui se promène à travers la galaxie.
Fraser: Et si vous aviez une sorte de super télescope Hubble à votre disposition, que voudriez-vous rechercher?
Brown: Oh, nous voudrions chercher le mouvement de ces étoiles dans le ciel. Donc, tout ce que nous savons, c'est leur vitesse minimale. La seule chose que nous pouvons mesurer est leur vitesse dans la ligne de visée par rapport à nous. Ce que nous ne savons pas, c'est la vitesse dans le plan du ciel, le soi-disant mouvement correct. Il est possible de le faire avec Hubble, si vous disposez de 3 à 5 ans de référence pour voir ces étoiles bouger. Ce devrait être une très petite motion. Si vous aviez un super Hubble, vous pourriez peut-être le voir dans un an. Ce serait donc très intéressant à savoir. Non seulement cela vous indiquerait-il avec certitude que ceux-ci proviennent vraiment du centre galactique, et non d'un autre endroit, mais aussi de leurs trajectoires. Si vous saviez exactement comment ils se déplacent, tout écart par rapport à une ligne droite par rapport au centre galactique vous indique comment la gravité de la galaxie a affecté leur trajectoire au fil du temps. Et c'est aussi très intéressant à savoir.
Fraser: D'accord, donc cela aiderait à tracer la distribution de la matière noire.
Brown: Exactement, exactement. Les astronomes en déduisent donc la présence de matière noire. Nous voyons des étoiles en orbite autour de la galaxie plus rapidement qu'elles ne devraient l'être simplement parce qu'il semble y avoir une masse que nous ne pouvons pas expliquer pour les maintenir sur leurs orbites. Et cette matière noire, il est difficile de comprendre comment elle est distribuée dans la galaxie. Mais ces étoiles sont déjà à la périphérie de la galaxie, et lorsqu'elles la traversent, cette perturbation, cette attraction gravitationnelle de la matière noire tandis que ces choses voyagent à travers la galaxie s'additionnent lentement au fur et à mesure. Donc, ils mesurent réellement la distribution de cette matière noire, juste sur leurs orbites. Donc, si vous pouviez mesurer leur mouvement, d'un échantillon d'étoiles, cela commence en fait à vous donner une idée de la façon dont la matière noire est distribuée dans la galaxie.
