La distance des bras spiraux externes de la Voie lactée a pu être mesurée à partir des rayons X de trois sursauts gamma, captés par XMM-Newton et Chandra entre 2003 et 2022. Deux de ces bras sont finalement jusqu’à 10 % plus loin qu’estimé auparavant.
La Voie lactée dissimule une grande partie de sa propre architecture, car le Système solaire loge au cœur même de l’un de ses bras spiraux. Des nuages de poussière cosmique masquent par ailleurs de larges portions du disque galactique. Depuis 2013, le télescope Gaia mesure la position de plusieurs milliards d’étoiles. Passé quelques milliers d’années-lumière du Soleil, l’instrument perd toutefois en exactitude. Beatrice Vaia, doctorante à l’IUSS Pavia et à l’Université de Trente, a dirigé une équipe qui a présenté une nouvelle carte des bras externes dans un communiqué de l’Agence spatiale européenne. Ces astronomes ont exploité la lumière de trois sursauts gamma extragalactiques, dont les rayons X avaient traversé plusieurs bras spiraux avant l’observation. Ces photons, diffusés par les grains de poussière, ont formé des anneaux lumineux autour de chaque source. En observant l’expansion progressive de ces anneaux, l’équipe a pu alors calculer une distance.
Les astronomes ont mesuré les bras externes à l’aide de trois sursauts gamma
En octobre 2022, GRB 221009A a frappé la Voie lactée. C’était le sursaut gamma le plus lumineux jamais recensé. XMM-Newton et Chandra ont suivi l’écho de rayons X de cet évènement pendant plus d’un mois, jusqu’à ce que le Soleil masque la zone observée. Ils ont pu compléter l’échantillon avec deux sursauts plus anciens. GRB 031203 a explosé en décembre 2003 et GRB 160623A en juin 2016. Les rayons X de ces trois foyers ont traversé des nuages de poussière nichés dans les bras spiraux de la Voie lactée. Autour de chaque source, les grains de poussière ont diffusé cette lumière et ont formé des anneaux concentriques dont le diamètre grandissait avec le temps. Beatrice Vaia et son équipe ont calculé la distance du nuage diffuseur à partir de cette seule expansion, par simple géométrie.
Le bras de Persée conserve sa distance déjà connue, d’après l’étude complète. Le bras Externe et le bras Externe de Scutum-Centaure affichent en revanche une distance supérieure de 10 % aux modèles fondés sur la rotation galactique. Dix-neuf kiloparsecs, soit environ 62 000 années-lumière, ont remplacé les 20,4 kiloparsecs de la précédente estimation par parallaxe, datée de 2017, pour le bras Externe de Scutum-Centaure. L’équipe a par ailleurs réduit d'un facteur dix la marge d’erreur par rapport à ce record précédent. L’épaisseur du nuage responsable de cet anneau a atteint environ 3 500 années-lumière. Andrea Tiengo, coauteur de l’étude à l’IUSS Pavia, et ses collègues y ont vu la largeur totale du bras spiral, et non un nuage isolé.
« Nous mesurons les distances des bras spiraux par simple géométrie, et sans autre hypothèse », a déclaré Beatrice Vaia. « Les autres méthodes supposent une rotation de la Voie lactée, hypothèse de moins en moins fiable dans les régions externes de la galaxie ».
Une toute petite poignée de sursauts exploitables en vingt-cinq ans
Vingt-cinq ans de recherche ont seulement livré une poignée de sursauts gamma exploitables pour cette méthode, selon un communiqué de la Nasa consacré à cette découverte. « Nous dépendons de l'univers pour produire ces événements, et nous avons seulement trouvé une poignée de sursauts exploitables en vingt-cinq ans », a déclaré Andrea Tiengo. « Nous continuerons malgré tout à en chercher d'autres ».
Selon Ilaria Fornasiero, coautrice de l’étude à l’IUSS Pavia, la masse totale de la Voie lactée dépend de la largeur de ces bras spiraux. « Les écarts sont minimes, mais toute révision de ces distances compte, car ces chiffres servent de base à la compréhension de la galaxie », a-t-elle déclaré, avant d’ajouter que « les astronomes pourraient par exemple devoir réviser la masse de la Voie lactée, puisque cette masse dépend de la largeur des bras spiraux »
L'’observatoire européen NewAthena doit décoller d’ici la fin de la décennie, puis sonder des échos de rayons X plus faibles dans les confins de la Voie lactée. Les prochains catalogues du télescope Gaia, attendus en décembre puis après 2030, doivent élargir cette carte en construction.
