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Enfermés qu'ils sont dans notre galaxie, les astronomesastronomes ont de la peine à appréhender sa structure en détail, comme l'explique Roeland van der Marel, astrophysicienastrophysicien au Space Telescope Science Institute (STScI). « Étudier la Voie lactée est très difficile parce que tout ce que nous voyons est dispersé dans le ciel : tout est à des distances différentes, et nous sommes assis au milieu. » C'est pourquoi « étudier la structure et la rotation est plus facile si on regarde une galaxie proche de l'extérieur ». À défaut de la Voie lactée, le chercheur et son équipe se sont longuement penchés sur l'une de nos plus proches voisines : le Grand Nuage de Magellan (Large Magellanic Cloud ou LMC pour les anglo-saxons).
Familier des habitants de l'hémisphère sudhémisphère sud qui contemplent la nuit étoilée, le Grand Nuage de Magellan est une galaxie naine parfaitement visible à l'œilœil nu, étendue sur une surface 20 fois plus grande que la Pleine Lune, en direction de la constellationconstellation de la Dorade. Distante de seulement 170.000 années-lumièreannées-lumière de nous, elle est devenue le premier cas galactique dont la vitesse de rotationvitesse de rotation a pu être mesurée avec précision par le suivi direct du mouvementmouvement de ses étoilesétoiles. Cette campagne d'observation initiée par Nitya Kallivayalil (université de Virginie) et Roeland van der Marel s'est déroulée, par intermittence, sur une période de sept ans. Les deux astrophysiciens confessent que sans l'exceptionnelle acuité visuelleacuité visuelle du télescope spatialtélescope spatial Hubble, leurs travaux auraient été plus incertains. Pour s'en convaincre, « imaginez qu'un être humain soit sur la Lune, explique Roeland van der Marel. La précision d'Hubble nous permettrait de déterminer à quelle vitesse croissent les cheveux de cette personne ! » Une précision stupéfiante.
Cette animation illustre la vitesse de rotation du Grand Nuage de Magellan. Les observations avec le télescope spatial Hubble ont permis de déterminer que la partie centrale du nuage effectuait une rotation en 250 millions d'années. © astropage.eu, YouTube
Tour complet en 250 millions d’années pour le Grand Nuage de Magellan
Connue pour être en interaction avec la Voie lactée, la petite galaxie irrégulière se présente presque frontalement à nous. Une chance pour les astronomes, qui ont pu ainsi étudier les déplacements d'étoiles au sein de 22 arpents différents de la galaxie. Un peu à la manière des aiguilles d'une horloge. « Imaginez le Grand Nuage de Magellan comme une pendule dans le ciel dont chaque aiguille prendrait 250 millions d'années pour faire une révolution, explique le chercheur. Même avec Hubble, nous avons besoin de faire attention [aux aiguilles] durant plusieurs années afin de distinguer le moindre mouvement. » Il fallut donc compiler des données durant plus de sept ans pour atteindre la précision la plus élevée possible. Outre la détermination d'une rotation moyenne de 250 millions d'années -- comparable, par ailleurs, à celle de notre SoleilSoleil dans la Voie lactée --, les prédictions des mouvements stellaires ont été établies pour les sept prochains millions d'années.
Ces mesures réalisées avec les caméras ACS (Advanced Camera for Surveys) et WFC3 (Wide Field Camera 3) de Hubble sont appuyées pour chacun des 22 champs observés, par la présence de quasarsquasars -- phénomènes très brillants au sein de lointaines galaxies à l'arrière-plan -- qui ont servi de points fixes référents. Enfin, l'étude des spectresspectres des étoiles candidates a corroboré les observations, car le décalage vers le rougedécalage vers le rouge ou le bleu (effet Doppler) trahit à chaque fois si l'astreastre s'éloigne ou se rapproche de nous. Une méthode bien connue et couramment employée qui, associée à la première, offre une vision prometteuse et inédite en trois dimensions des mouvements d'une galaxie. « Notre technique pour mesurer la vitesse de rotation de notre galaxie qui utilise les mouvements en trois dimensions est une nouvelle méthode pour faire la lumière sur cette structure, témoigne Nitya Kallivayalil. Cela ouvre une nouvelle fenêtrefenêtre sur notre compréhension du mouvement des étoiles dans les galaxies. »
Les prédictions proposées en 2002 par Roeland van der Marel d'après les modèles qu'il a échafaudés sont à présent confirmés par ces recherches publiées dans The Astrophysical Journal et aussi disponibles sur arxiv. Leur prochaine étape est désormais la mesure de rotation du Petit Nuage de MagellanPetit Nuage de Magellan, autre galaxie naine du paysage céleste austral.
