La lunette de Galilée, le télescope de Newton, ainsi que les instruments qui leur ont succédé au cours du siècle suivant, ont révélé l'effarant nombre d'étoiles dans la Voie lactée, qui était alors considérée comme l'Univers. Les spéculations sur la structure de notre Galaxie n'ont alors pas tardé, comme en témoignent les réflexions de Thomas Wright et Emmanuel Kant : ils pensaient que d'autres « univers-îles », c'est-à-dire des concentrations d'étoiles comme notre Voie lactée, devaient aussi exister.

Il n'est malheureusement possible de déduire la structure de la Galaxie que par des observations indirectes puisque nous en faisons partie. De plus, la présence de poussières dans le milieu interstellaire fait obstacle à l'observation des régions lointaines de la Voie lactée à travers le disque d'étoiles dans lequel le Soleil se trouve. Toutefois, la découverte puis l'étude des amas globulaires allaient changer la donne.

Une carte probable de la structure spirale de la Voie lactée avec la position du Soleil (sun). © Nasa

Des amas globulaires à la raie à 21 cm de l'hydrogène

Rappelons que les amas globulaires sont des concentrations sphéroïdales très denses, de quelques centaines de milliers d'étoiles en moyenne, qui se sont formées dans les premiers milliards d'années de l'histoire de l’univers observable. L'un des plus célèbres est l'amas d'Hercule (M13), vers qui le fameux message d'Arecibo a été envoyé en 1974.

Dans le cas de la Voie lactée, on en connaît plus de 150 mais il est probable qu'il en existe dix à vingt fois plus. Leurs tailles sont comprises entre plusieurs dizaines et plusieurs centaines d'années-lumière et ils se situent sur des orbites elliptiques tout autour de notre Galaxie, répartis de façon isotrope autour du bulbe central et dans le halo.

C'est grâce aux amas globulaires que l'astronome Harlow Shapley a pu déterminer la taille de la Voie lactée et la position qu'y occupait le Soleil. Il lui fallut quatre ans de travail à partir de 1914 pour atteindre son but. Cependant, la structure exacte de notre Galaxie, que l'on savait tout de même être un disque, restait alors indéterminée.

Heureusement, quelques décennies plus tard, la découverte de la fameuse raie à 21 cm de l'hydrogène atomique neutre a permis à Oort et ses collègues de lever en partie le voile sur la structure de la Voie lactée. Il est apparu qu'elle possédait des bras spiraux à l'instar de certaines galaxies spirales découvertes et identifiées comme des « univers-îles » semblables au nôtre depuis les travaux de Hubble.

Un nouveau résultat indique que les bras spiraux externes de la Voie lactée pourraient s'étendre plus loin qu'on ne le pensait auparavant. Cette découverte pourrait amener les astronomes à revoir leur compréhension de la structure de notre Galaxie. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Chandra X-ray Observatory

Il existe cependant des incertitudes sur ces bras et des débats continuent à leur sujet, comme on peut le voir en ce moment.

En effet, de nouvelles observations faites par une équipe d'astronomes grâce à l'observatoire à rayons X Chandra de la Nasa et son pendant de l'Esa, XMM-Newton, montrent que les bras spiraux externes de la Voie lactée pourraient s'étendre plus loin qu'on ne le pensait jusqu'à présent, comme on peut s'en convaincre en lisant l'article publié dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Des échos de lumière produits par des sursauts gamma

La découverte a été effectuée en mesurant avec plus de précision les distances de nuages de poussière situés dans les bras spiraux de la Voie lactée. La clé de ce résultat est l'utilisation d'une méthode qui repose sur les échos lumineux produits lorsque la lumière de sursauts gamma lointains se réfléchit sur ces nuages (voir la vidéo ci-dessus), créant des anneaux observables en rayons X. On connaissait depuis un certain temps déjà le concept d'écho de lumière, notamment appliqué à l'étude des trous noirs.

Dans le cas présent, la méthode employée suggère que deux bras externes de la Voie lactée, le bras externe et le bras externe de l'Écu-Centaure (Scutum-Centaurus Arm en anglais dans l'image ci-dessus), seraient environ 10 % plus éloignés que prévu. Cette correction, même modeste, pourrait modifier notre compréhension de la structure de la Galaxie et influencer les estimations de sa masse. La méthode est très précise, mais son usage reste limité car les sursauts gamma lumineux visibles à travers le plan de la galaxie sont rares.