En analysant un échantillon de 20 étoiles pauvres en métaux, des astronomes suggèrent qu’elles pourraient appartenir à une ancienne galaxie naine qui aurait été absorbée par la Voie Lactée au cours de sa formation. Baptisée Loki, cette galaxie aurait abrité une population d’étoiles différentes des autres étoiles pauvres en métaux que l’on retrouve dans le halo de notre galaxie, suggérant une origine distincte. Cette découverte pourrait apporter de nouveaux indices sur les premières phases de formation de la Voie Lactée.
Les grandes galaxies comme la Voie Lactée se seraient formées par la fusion de galaxies plus petites et moins massives nées dans l’Univers primordial. Ces galaxies sont composées d’étoiles primitives pauvres en métaux, l’hydrogène et l’hélium dominant alors le cosmos à ces époques reculées.
On pense que les premières étoiles ont fusionné de l’hydrogène et de l’hélium pour former des éléments plus lourds, jusqu’au fer pour les étoiles les plus massives, qui sont ensuite hérités par les prochaines générations d’étoiles, lesquelles, à leur tour, produisent des éléments plus lourds, et ainsi de suite. Ainsi, plus une étoile est pauvre en éléments lourds, plus elle est ancienne. Les galaxies composées de ces étoiles ont joué le rôle de briques élémentaires dans l’édification des plus grandes structures de l’Univers.
Les galaxies primitives ont dispersé leurs éléments dans les proto-galaxies, ces structures en formation à partir desquelles émergent les grandes galaxies. On pense, dans certains scénarios de formation, que les étoiles primitives issues de ces systèmes anciens occupent les régions internes des grandes galaxies comme la Voie Lactée, tandis que celles formées plus tard se situeraient davantage dans les halos externes.
Des signatures stellaires qui bousculent les scénarios établis
Des études observationnelles ont cependant révélé la présence d’étoiles particulièrement pauvres en métaux, dont la plupart, parmi celles observées aujourd’hui, se situent dans le halo galactique plutôt que dans le plan. Les données suggèrent que les étoiles planaires rétrogrades (orbitant dans le sens inverse de la révolution galactique) proviennent des premiers systèmes galactiques accrétés par la Voie Lactée, tandis que les étoiles à orbite prograde (orbitant dans le même sens que la galaxie) auraient été ajoutées par des systèmes plus tardifs.
Dans une étude parue récemment dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, un groupe d’astronomes a peut-être identifié l’un de ces systèmes primitifs ayant contribué à la formation de la Voie Lactée, qu’ils ont baptisé Loki.
L’équipe de l’étude a analysé les caractéristiques chimiques de 20 étoiles pauvres en métaux situées dans le plan galactique de la Voie Lactée. Ce groupe inclut à la fois des étoiles progrades et rétrogrades, mais toutes présentent des orbites excentriques relativement élevées. Les abondances chimiques en éléments lourds de ces étoiles ont été comparées à celles d’étoiles situées dans le halo de la Voie Lactée, de galaxies naines et de populations simulées.
Paramètres orbitaux des étoiles analysées dans l’étude. Panneaux de gauche : positions galactocentriques actuelles, Y vs X (en haut à gauche), Z vs X (au centre à gauche) et Z vs Y (en bas à gauche). © Sestito et al.
L’empreinte chimique d’une galaxie naine disparue
Les caractéristiques chimiques des étoiles indiqueraient qu’elles ont été enrichies en éléments lourds par le biais de supernovae à haute énergie, d’hypernovas, d’étoiles massives à rotation rapide et de fusions d’étoiles à neutrons, mais pas de supernovae de type Ia issues de naines blanches. Cela suggère que ces étoiles proviennent probablement d’une galaxie naine très énergique ayant connu une évolution chimique rapide. Ces signatures chimiques sont similaires pour les étoiles progrades et rétrogrades, ce qui plaide en faveur d’une origine commune.
En cherchant à déterminer si les étoiles rétrogrades et progrades de l’échantillon pouvaient avoir des origines distinctes, les chercheurs ont constaté que leurs masses et les caractéristiques de leurs gaz correspondent davantage à celles d’un seul et même système, en l’occurrence une galaxie naine.
« Si notre échantillon provenait de deux systèmes, le cas le plus simple serait celui d’une étoile prograde et d’une étoile rétrograde. Ces deux systèmes partageraient une histoire et une évolution chimiques très similaires, voire identiques, comme le suggèrent la faible différence absolue moyenne (MAD) et le modèle d’évolution chimique galactique. La masse baryonique totale serait alors le double de celle du scénario d’un système unique », soulignent les chercheurs.
Par ailleurs, selon les auteurs, leurs proportions en métaux suggèrent une origine distincte de celle des autres étoiles pauvres en métaux du halo galactique. « Ces cibles, à l’exception d’une étoile, présentent une dispersion du rapport [X/Fe] plus faible que celle du halo et du bulbe pour un même rapport [Fe/H]. Les dispersions [X/Fe] de nos cibles sont très similaires à celles d’un système fermé, et plus faibles que dans le cas de deux sites de formation présentant des enrichissements chimiques différents », écrivent-ils.
Toutefois, ces résultats demeurent limités dans la mesure où ils reposent sur un échantillon stellaire restreint, précise l’équipe. Des relevés spectroscopiques portant sur des ensembles plus vastes et homogènes pourraient permettre de confirmer l’origine des étoiles planaires pauvres en métaux de la Voie Lactée.
