Vibration d’étoile et collision galactique

Une collision de la Voie lactée avec une petite galaxie est datée avec précision par l’étude de l’étoile ν Indi

ν Indi est une étoile brillante (magnitude visuelle mv = 5.3) visible à l’œil nu depuis l’hémisphère sud. En utilisant des données sol (télescopes ESO), espace (missions spatiales Gaia et Tess) et en combinant des informations très diverses de spectroscopie, astrométrie, cinématique ou d’astérosismologie, une équipe internationale incluant deux chercheurs du Département d’Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Saclay a pu déterminer l'époque, entre 11.6 et 13.2 milliards d’années, d’une collision entre notre galaxie avec une petite galaxie naine , Gaia-Enceladus. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Astronomy, Janvier 2020.

Début d'enquête

Ce résultat est basé sur une étude détaillée des propriétés de l’étoile, liant à la fois moyens sol et dans l’espace. Les données extrêmement fines en mode spectroscopie (obtenues à l’ESO avec les télescopes de 3.6m et 2.2m) ont permis de mesurer la composition chimique de l’étoile, dont les éléments sont par leur présence et leur abondance des traceurs de la vie de l’étoile et de son environnement. Ils fournissent des informations pertinentes sur son histoire conduisant à deux hypothèses : ν Indi est née dans la Voie lactée ou bien appartient à la galaxie Gaia-Enceladus. Cette ambiguïté a été levée par l’analyse du mouvement de l’étoile, possible grâce aux données recueillies par le télescope Gaia. Gaia est une mission spatiale de l’ESA lancée en 2013 et consacrée à la mesure très précise de la position, distance et mouvement des étoiles de la Galaxie.

A gauche : Composition des images prises par le satellite TESS d’une partie du ciel indiquant la position de nu Indi (cercle bleu), le plan de la Voie lactée (en bas à gauche) et le pôle écliptique sud (en haut). Données recueillies par le satellite TESS (crédit: J. T. Mackereth). A droite : Densité de puissance spectrale en fonction de la fréquence de l’étoile nu Indi (données obtenues par TESS sur une période de 27 jours). Les principaux modes d’oscillation sont indiqués par les chiffres/couleur. Nu-Indy est une étoile qui se trouve sur la phase dite de sous-géante, une phase où l’hydrogène du cœur de l’étoile est épuisé et durant laquelle s’enclenchent des réactions nucléaires à la frontière de ce même cœur. Durant cette phase, très rapide dans le cycle de l’évolution de l’étoile, les fréquences des modes d’oscillations dipolaires (marqués 1 sur la figure) sont très sensibles à l’âge de l’étoile. La mesure de ces modes permet ainsi de déterminer avec précision l’âge de l’étoile, méthode mise à profit dans les travaux présentés ici.

Astérosismologie et datation de la collision

Enfin, la détermination précise de l’âge de l’étoile a complété cette enquête. Ceci a été possible par la méthode d’étude des oscillations propres de ν Indi (astérosismologie) grâce aux données collectées par le satellite de la NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). TESS, lancé en 2018, balaye la quasi-totalité du ciel à la recherche de planètes en orbite autour d’étoiles. Ces observations permettent dans le même temps d’étudier les propriétés de l’étoile autour de laquelle gravitent les potentielles planètes. L’analyse des données de TESS a permis ainsi de contraindre l’âge de l’étoile et de déterminer qu’elle est née au sein et au début de la vie de la Voie lactée, il y a 11,5 milliards d'années, mais que la collision avec la galaxie Gaia-Encelade avait sensiblement affecté sa trajectoire dans la Voie lactée. La détermination de l’âge de l’étoile permet de définir une limite supérieure de la date de la collision Voie lactée/Gaia-Encelade, située par les chercheurs entre 11.6 et 13.2 milliards d’années.
Ces travaux, publiés dans la revue Nature Astronomy, montrent le potentiel de la combinaison d’études multiples, pour la compréhension des étoiles comme pour celle de l’histoire de la Galaxie.

Contact : Lisa Bugnet,Rafael Garcia

Publication :

– « Age dating of an early Milky Way merger via asteroseismology of the naked-eye star ν Indi «
William J. Chaplin et al., New Astronomy, 13 January 2020

Voir : le communiqué de presse de l'Université de Birmingham

Rédaction : Lisa Bugnet, Rafael Garcia, C. Gouifffès