Les bras extérieurs de la Voie lactée sont jusqu’à 10 % plus loin que ce qu’on croyait. Cette mesure inédite a été réalisée grâce à une astuce ingénieuse : utiliser les échos de rayons X de sursauts gamma survenus dans des galaxies lointaines pour mesurer directement les distances depuis l’intérieur de notre propre galaxie.

Ce que vous allez apprendre

• Pourquoi mesurer la taille de notre propre galaxie est si difficile — et pourquoi les méthodes habituelles laissent place à l’erreur
• Comment les rayons X d’explosions cosmiques dans d’autres galaxies ont servi de règle de mesure pour les bras spiraux de la Voie lactée
• Ce que ces nouvelles distances impliquent pour notre compréhension de la structure galactique

Mesurer de l’intérieur

Cartographier la Voie lactée est un défi unique en astronomie : nous nous trouvons dedans, sans aucune possibilité de l’observer de l’extérieur. Il a fallu des années au programme Gaia de l’ESA pour confirmer que notre galaxie possède quatre bras spiraux et non deux. Mais les distances jusqu’aux bras extérieurs restaient très incertaines, estimées indirectement à partir des modèles de rotation galactique — une méthode qui laisse place à l’erreur.

Une équipe dirigée par Beatrice Vaia de l’Istituto Nazionale di Astrofisica en Italie a choisi une approche radicalement différente, décrite dans Astronomy & Astrophysics.

Des explosions cosmiques comme règle de mesure

Les sursauts gamma sont parmi les événements les plus énergétiques de l’univers — d’immenses libérations d’énergie consécutives aux explosions de supernovae, survenant dans des galaxies lointaines. Ils émettent des rayons X qui traversent l’espace intergalactique et, en passant à travers les bras spiraux de la Voie lactée, sont diffusés par les grains de poussière présents dans ces bras.

Les télescopes XMM-Newton de l’ESA et Chandra de la NASA ont détecté des anneaux concentriques formés par ces échos de rayons X. La géométrie de ces anneaux — leur taille et leur timing — permet de calculer directement à quelle distance se trouve la poussière qui les a produits, et donc les bras spiraux eux-mêmes.

Trois sursauts gamma survenus dans des galaxies bien plus lointaines ont ainsi servi de sources lumineuses naturelles pour illuminer les bras extérieurs de notre propre galaxie — comme des éclairs dont on mesure l’écho pour déterminer la distance d’une paroi.

Crédit : ESA/Gaia/DPAC, Stefan Payne-Wardenaar, ESA/XMM-Newton et NASA/Chandra

Représentation artistique de la Voie lactée montrant l’emplacement initialement estimé, puis révisé, des bras spiraux extérieurs.

Des bras plus loin que prévu

Les mesures confirment d’abord la distance entre notre propre bras spiral, le bras d’Orion, et le bras suivant, le bras de Persée. Puis viennent les deux bras les plus extérieurs : le bras extérieur et le bras extérieur Scutum-Centaurus sont tous deux situés jusqu’à 10 % plus loin qu’estimé précédemment. Le bras extérieur Scutum-Centaurus se trouve à 62 000 années-lumière de la Terre.

Dix pour cent peut sembler modeste, mais à l’échelle galactique, cela représente plusieurs milliers d’années-lumière de différence — suffisant pour revoir les modèles de structure et de rotation de la Voie lactée.

Un vieux télescope, une nouvelle utilité

Cette découverte illustre aussi la longévité scientifique de XMM-Newton, lancé en 1999 et toujours opérationnel. Un observatoire spatial vieux de plus de 25 ans vient de contribuer à mesurer directement, pour la première fois, la distance des bras extérieurs de notre propre galaxie — en utilisant les explosions les plus puissantes de l’univers comme instruments de mesure.