Une ancienne galaxie naine reconstruite avec un ordinateur bénévole MilkyWay@home


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  • Les astrophysiciens ont pour la première fois calculé la masse et la taille d’origine d’une galaxie naine qui a été déchiquetée lors d’une collision avec la Voie lactée il y a des milliards d’années. La reconstruction de la galaxie naine d’origine, dont les étoiles traversent aujourd’hui la Voie lactée dans un « courant de marée » stellaire, aidera les scientifiques à comprendre comment des galaxies comme la Voie lactée se sont formées et pourrait aider à la recherche de matière noire dans notre galaxie.

    « Nous avons effectué des simulations qui prennent ce grand flux d’étoiles, le sauvegardent pendant quelques milliards d’années et voient à quoi il ressemblait avant qu’il ne tombe dans la Voie lactée », a déclaré Heidi Newberg, professeur de physique, astrophysique , et l’astronomie au Rensselaer Polytechnic Institute. « Nous avons maintenant une mesure à partir des données, et c’est la première grande étape vers l’utilisation des informations pour trouver la matière noire dans la Voie lactée. »

    Il y a des milliards d’années, la galaxie naine et d’autres semblables près de la Voie lactée ont été entraînées dans la plus grande galaxie. Au fur et à mesure que chaque galaxie naine fusionnait avec la Voie lactée, ses étoiles étaient entraînées par des « forces de marée », le même type de forces différentielles qui font les marées sur Terre. Les forces de marée ont déformé et finalement déchiré la galaxie naine, étirant ses étoiles dans un courant de marée jeté à travers la Voie lactée. De telles fusions de marées sont assez courantes, et Newberg estime que les étoiles « immigrantes » absorbées dans la Voie lactée constituent la plupart des étoiles du halo galactique, un nuage d’étoiles à peu près sphérique qui entoure les bras spiraux du disque central.

    De manière critique, la position et les vitesses des étoiles du courant de marée contiennent des informations sur le champ gravitationnel de la Voie lactée.

    La reconstruction de la galaxie naine est une tâche de recherche qui combine des données provenant d’enquêtes sur les étoiles, de la physique et du supercalculateur distribué MilkyWay @ Home de Newberg, qui exploite 1,5 pétaflops – une mesure de la vitesse de traitement informatique – de puissance d’ordinateur domestique donnée par des volontaires. Cette grande puissance de traitement permet de simuler la destruction d’un grand nombre de galaxies naines de formes et de tailles différentes, et d’identifier un modèle qui correspond le mieux au courant de marée d’étoiles que nous voyons aujourd’hui.

    « C’est un problème énorme, et nous le résolvons en exécutant des dizaines de milliers de simulations différentes jusqu’à ce que nous en obtenions une qui corresponde réellement. Et cela prend beaucoup de puissance informatique, que nous obtenons avec l’aide de bénévoles du monde entier qui font partie de MilkyWay@Home », a déclaré Newberg. « Nous le forçons brutalement, mais étant donné la complexité du problème, je pense que cette méthode a beaucoup de mérite. »

    Tel que publié aujourd’hui dans Le Journal Astrophysiquel’équipe de Newberg estime la masse totale de la galaxie d’origine dont les étoiles forment aujourd’hui le flux Orphan-Chenab à 2×107 fois la masse de notre soleil.

    Cependant, on estime qu’un peu plus de 1% de cette masse est constituée de matière ordinaire comme les étoiles. Le reste est supposé être une substance hypothétique appelée matière noire qui exerce une force gravitationnelle, mais que nous ne pouvons pas voir car elle n’absorbe ni n’émet de lumière. L’existence de matière noire expliquerait un écart entre l’attraction gravitationnelle de la masse de la matière que nous pouvons voir et l’attraction beaucoup plus importante nécessaire pour expliquer la formation et le mouvement des galaxies. On estime que l’attraction gravitationnelle de la matière noire représente jusqu’à 85% de la matière dans l’univers, et les courants de marée d’étoiles qui sont tombées avec des galaxies naines pourraient être utilisés pour déterminer où se trouve la matière noire dans notre galaxie.

    « Les étoiles des courants de marée sont les seules étoiles de notre galaxie pour lesquelles il est possible de connaître leurs positions dans le passé », a déclaré le Dr Newberg. « En regardant les vitesses actuelles des étoiles le long d’un courant de marée, et en sachant qu’elles se trouvaient toutes à peu près au même endroit et se déplaçaient à la même vitesse, nous pouvons déterminer à quel point la gravité change le long de ce courant. Et cela dira là où se trouve la matière noire dans la Voie lactée. »

    La recherche révèle également que l’ancêtre du flux Orphan-Chenab a moins de masse que les galaxies mesurées à la périphérie de notre galaxie aujourd’hui, et si cette petite masse est confirmée, cela pourrait changer notre compréhension de la façon dont les petits systèmes stellaires se forment puis fusionnent. pour créer des galaxies plus grandes comme notre Voie lactée.

    Le Dr Newberg, expert du halo galactique, est un pionnier dans l’identification des courants de marée stellaires dans la Voie lactée. Un jour, elle espère que MilkyWay@home l’aidera à mesurer plus que les propriétés d’une galaxie naine désintégrée. Idéalement, elle aimerait adapter simultanément de nombreuses galaxies naines, leurs orbites et les propriétés de la galaxie de la Voie lactée elle-même. Cet objectif est compliqué par le fait que les propriétés de notre galaxie changent au cours des milliards d’années qu’il faut pour qu’une petite galaxie tombe et se déchire pour créer ces courants de marée.

    « En suivant minutieusement la trajectoire des étoiles attirées dans la Voie lactée, le Dr Newberg et son équipe construisent une image qui nous montre non seulement une galaxie naine détruite depuis longtemps, mais qui éclaire également la formation de notre galaxie et le très nature de la matière », a déclaré Curt Breneman, doyen de la Rensselaer School of Science.

    Chez Rensselaer, Newberg a été rejoint dans la recherche par Eric J. Mendelsohn, Siddhartha Shelton, Jeffery M. Thompson. Carl J. Grillmair du California Institute of Technology et Lawrence M. Widrow de l’Université Queen’s ont également contribué à la découverte. « Estimation de la masse et du profil radial du progéniteur de la galaxie naine du flux Orphan-Chenab à l’aide de MilkyWay@home » a été publié avec le soutien de la National Science Foundation et avec les données du Sloan Digital Sky Survey, de la Dark Energy Camera de l’Observatoire interaméricain de Cerro Tololo et de la National Aeronautics and Space Administration/Infrared Processing & Analysis Center Infrared Science Archive .

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