La rotation de la galaxie du Grand Nuage de Magellan mesurée avec Hubble

Grâce à l’extraordinaire acuité du télescope spatial Hubble, une équipe de chercheurs a pu mesurer avec la plus grande précision possible la rotation moyenne de la galaxie voisine du Grand Nuage de Magellan.

Enfermés que nous sommes dans notre galaxie, les astronomes ont de la peine à appréhender sa structure en détail comme l’explique Roeland Van Der Marel, astrophysicien à l’Institut Scientifique du télescope spatial (STScI) : « Étudier la Voie Lactée est très difficile parce que tout ce que nous voyons est dispersé dans le ciel ; tout est à des distances différentes et nous sommes assis au milieu. » C’est pourquoi « étudier la structure et la rotation est plus facile si on regarde une galaxie proche de l’extérieur ». À défaut de la Voie Lactée, le chercheur et son équipe se sont longuement pencher sur une de nos plus proches voisines : le Grand Nuage de Magellan (Large Magellanic Cloud ou LMC pour les anglo-saxons).

Familier des habitants de l’hémisphère sud qui contemplent la nuit étoilée, le Grand Nuage de Magellan est une galaxie naine parfaitement visible à l’œil nu, étendue sur une surface 20 fois plus grande que la Pleine Lune, en direction de la constellation de la Dorade. Distante de seulement 170.000 années-lumière de nous, elle est devenue le premier cas galactique dont la vitesse de rotation a pu être mesurée avec précision par le suivi direct du mouvement de ses étoiles. Cette campagne d’observation initiée par Roeland Van Der Marel et Nitya Kallivayalil (Université de Virginie) s’est déroulée, par intermittence, sur une période de sept ans. Sans l’exceptionnelle acuité visuelle du télescope spatial Hubble, les deux astrophysiciens confessent que leurs travaux auraient été plus incertains. Pour s’en convaincre, « imaginez qu’un être humain soit sur la Lune » explique Van Der Marel, « la précision d’Hubble nous permettrait de déterminer à quelle vitesse croissent les cheveux de cette personne » ! Une précision stupéfiante.

Connue pour être en interaction avec la Voie Lactée, la petite galaxie irrégulière se présente presque frontalement à nous. Une chance pour les astronomes qui ont pu ainsi étudier les déplacements d’étoiles au sein de 22 arpents différents de la galaxie. Un peu à la manière des aiguilles d’une horloge, ainsi que l’illustre le chercheur : « imaginez GNM comme une pendule dans le ciel dont chaque aiguille prendrait 250 millions d’années pour faire une révolution », il ajoute « même avec Hubble, nous avons besoin de faire attention à elles (les aiguilles) durant plusieurs années afin de distinguer le moindre mouvement ». Il fallut donc compiler des données durant plus de sept ans pour atteindre la précision la plus élevée possible. Outre la détermination d’une rotation moyenne de 250 millions d’années — comparable, par ailleurs, à celle de notre Soleil dans la Voie Lactée ! —, les prédictions des mouvements stellaires ont été établies pour les sept prochains millions d’années.

Ces mesures réalisées avec les caméras ACS (Advanced Camera for Surveys) et WFC3 (Wide Field Camera 3) d’Hubble sont appuyées pour chacun des 22 champs observés, par la présence de quasars — phénomènes très brillants au sein de lointaines galaxies à l’arrière-plan — qui ont servi de points fixes référents.
Enfin, l’étude des spectres des étoiles candidates a corroboré les observations. Car, le décalage vers le rouge ou le bleu (effet Doppler) trahit à chaque fois si l’astre s’éloigne ou se rapproche de nous. Une méthode bien connue et couramment employée qui, associée à la première, offre une prometteuse et inédite vision en trois dimensions des mouvements d’une galaxie. « Notre technique pour mesurer la vitesse de rotation de notre galaxie qui utilise les mouvements en trois dimensions est une nouvelle méthode pour faire la lumière sur cette structure » témoigne Nitya Kallivayalil. « Cela ouvre une nouvelle fenêtre sur notre compréhension du mouvement des étoiles dans les galaxies ».

Les prédictions proposées en 2002 par Roeland van der Marel d’après les modèles qu’il a échafaudé sont à présent confirmés par ces recherches publiées dans le numéro du 1er février 2014 de The Astrophysical Journal. Leur prochaine étape est désormais la mesure de rotation du Petit Nuage de Magellan, autre galaxie naine du paysage céleste austral.