La Voie lactée ressemble à un œuf au plat géant, d’environ 100 000 années-lumière de diamètre, 6 000 années-lumière d’épaisseur et un petit renflement au centre. Le système contient des centaines de milliards d’étoiles.
Cette formation n’est pas apparue d’un coup, mais en différentes phases. La formation du disque stellaire externe a commencé environ 800 millions d’années après le Big Bang. Deux milliards d’années plus tard, la région globulaire autour de la Voie lactée (le halo) était « finie », tandis que le disque externe était encore en développement. Ce n’est que beaucoup plus tard que le disque stellaire intérieur, plus petit, qui contient également le soleil, a été créé.
Ce sont les conclusions de la reconstruction la plus précise de l’histoire ancienne de la Voie lactée à ce jour. Deux astronomes allemands publié les résultats cette semaine Nature†
La Voie lactée se compose d’environ deux composants : le disque interne et le disque externe. Le disque le plus interne est le plus petit et est densément peuplé d’étoiles. Autour de ce disque se trouve une coquille moins densément peuplée : le disque externe, plus grand. Un halo sphérique de même diamètre englobe toute la Voie lactée. Il y a aussi des stars dedans, mais beaucoup moins que dans les disques.
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Depuis les années 1950, les astronomes se font une idée un peu plus précise de la date de naissance de ces différentes parties de la Voie lactée, en estimant l’âge des étoiles qui s’y trouvent. Ils soupçonnaient que le disque extérieur s’était formé avant l’intérieur. La quantité de fer dans les étoiles du disque interne est en moyenne quatre fois supérieure à celle du disque externe et en général, plus la teneur en fer est élevée, plus l’étoile est jeune.
En 2018, les premières indications sont apparues que le halo ne s’était formé que lorsque la Voie lactée est entrée en collision avec Gaia-Encelade, une galaxie plus petite. La Voie lactée a avalé des étoiles de la plus petite galaxie et presque toutes les étoiles du halo viennent de là.
« C’était probablement après le développement du disque externe », explique Amina Helmi, astronome à l’Université de Groningue et non impliquée dans l’étude.
Pour la première fois, nous pouvons remonter plus loin que dix milliards d’années dans le temps
La reconstruction maintenant effectuée fournit pour la première fois une image détaillée de quelle partie de la jeune Voie lactée est née et quand. Les chercheurs ont utilisé des horloges précises dans l’univers : les sous-géantes. Ce sont des étoiles brillantes qui approchent de leur fin. Lorsque les étoiles légères (comme le soleil) manquent de carburant, elles gonflent en une géante rouge, devenant des centaines de fois plus grosses. Lors de cette transition, juste avant qu’elles n’atteignent leur taille maximale, les astronomes les appellent des sous-géantes. Chez les sous-géantes, la luminosité est directement liée à leur âge.
Jamais auparavant les sous-géantes n’avaient été largement utilisées pour les rencontres car elles sont difficiles à trouver. Les étoiles n’ont que quelques millions d’années dans la phase sous-géante, abréviation de termes astronomiques.
Mais les astronomes en Allemagne ont réussi à trouver 247 104 sous-géantes à proximité dans les données du satellite européen Gaia et du télescope spectroscopique à fibre multi-objets chinois à grande surface du ciel en Chine. Après avoir déterminé l’âge de ces étoiles, les astronomes ont déterminé de quelle partie de la Voie lactée provenaient les étoiles en fonction de leur composition chimique et de leur mouvement.
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Les résultats confirment la suspicion que le disque externe s’est formé avant le disque interne. Le plus grand disque a commencé à se développer dès 800 millions d’années après le Big Bang, selon la reconstruction. Le halo de la Voie lactée s’est formé presque parallèlement à ce disque extérieur.
Deux milliards d’années plus tard, ce halo fut complété par la collision de la Voie lactée avec Gaïa-Encelade. C’était une surprise : la collision s’est produite un milliard d’années plus tôt que prévu. La collision a entraîné la formation du reste du disque externe. Ce n’est que plus tard, il y a environ huit milliards d’années, que le disque intérieur avec le soleil s’est formé.
« Bien joué », déclare Anthony Brown, astronome à l’Université de Leiden et également non impliqué dans l’étude. « Le calcul de l’âge des étoiles est extrêmement difficile. Avec autant de sous-géantes, nous pouvons remonter dans le temps plus de dix milliards d’années pour la première fois.
Helmi : « C’est aussi fantastique qu’il s’agisse d’étoiles relativement proches, avec lesquelles nous pouvons reconstruire notre propre histoire. »