Une analyse chimique à l’échelle de la Voie Lactée

C’est la carte le plus précise et la plus complète à ce jour de la composition chimique des étoiles de la Galaxie que vient de livrer une équipe internationale d’astronomes. Grâce au Sloan Digital Sky Survey (SDSS-II), les astrophysiciens disposent désormais d’informations supplémentaires pour retracer l’histoire de notre Voie Lactée.

Les astrophysiciens ont des habitudes bizarres. Ils classent parmi les métaux tous les éléments chimiques autres que l’hydrogène et l’hélium. Il est vrai qu’à part ces derniers, leurs isotopes, des traces de lithium et de bore, il n’y a quasiment pas d’éléments lourds dans l’Univers.

Ainsi, lorsqu’ils parlent d’étoiles à faible métallicité, ils parlent implicitement de la première génération d’étoiles peu massives qui s’est formée dans les premiers milliards d’années après la naissance de l’Univers observable. Les étoiles plus jeunes ont bénéficié des générations précédentes massives et à courtes durées de vies qui, en explosant en supernovae, ont enrichi les galaxies en oxygène, carbone, azote et autres éléments lourds comme le fer et le silicium.

Il est possible de déterminer la composition chimique des étoiles par les méthodes magiques de la spectroscopie. Par la suite, on peut, notamment à l’aide du diagramme de Hertzsprung-Russell, corréler la couleur d’une étoile à sa composition chimique de façon directe, sans avoir à faire à chaque fois une analyse spectrale complète.

La méthode s’est considérablement améliorée et précisée avec le temps, grâce aux progrès théoriques et observationnels. C’est pourquoi les chercheurs actuels n’ont eu qu’à déterminer la couleur de 2,5 millions d’étoiles dans la Voie Lactée pour obtenir rapidement une carte de la répartition des étoiles d’une métallicité donnée. Il y a plus d’une dizaine d’années, une telle performance aurait été impossible ou, en tout cas, aurait demandé un labeur bien plus considérable.

Une carte en 3D profonde de 30.000 années-lumière

La carte obtenue confirme ce que l’on savait déjà, à savoir que le disque de notre Galaxie est constitué d’étoiles jeunes et à métallicités importantes (couleurs verte à rouge), alors que le halo est constitué d’étoiles plus vieilles et pauvres en métaux (couleurs bleues). Dans le premiers cas les étoiles ne sont âgées que de quelques milliards d’années tout au plus, alors que dans le second, leurs âges dépassent les 10 milliards d’années.

Un peu comme les couches stratigraphiques de la Terre et les isotopes d’éléments radioactifs qu’elles peuvent contenir permettent aux géologues de reconstituer l’histoire et l’évolution de notre planète, ces différentes populations d’étoiles et les gradients chimiques qu’elles impliquent dans la Voie Lactée, permettent de remonter aux conditions de sa formation et aux différents événements qui ont jalonné son histoire.

En particulier, en faisant apparaître des anomalies par rapport à la composition chimique moyenne d’une région de notre Galaxie, il est possible de mettre en évidence les traces récentes du comportement cannibale de cette dernière. On voit ainsi sur la partie droite de la carte centrée sur notre Soleil (voir la figure au bas de l'article) une zone riche en étoiles de couleur verte correspondant à un courant de marée. Il s’agit d’arc formés d’étoiles arrachées à des galaxies naines proches par les forces de marée de notre Voie Lactée,. En l’occurrence il s’agit du courant de marée de la Licorne (Monoceros).

En haut à droite de la carte, le schéma indique la position et l'étendue de la région cartographiée par rapport à une représentation de la Voie lactée vue de loin, qui est en fait une image de la galaxie d'Andromède, considérée comme très semblable à la nôtre.