Nous vivons à l’intérieur de la galaxie Voie lactée, et c’est un problème.

Pour les scientifiques, enfin, qui veulent comprendre quelle est la taille de notre galaxie. C’est difficile de répondre à cette question ! Parce que nous sommes à l’intérieur, par exemple, une grande partie de celle-ci est bloquée à la vue par des nuages opaques de poussière. De plus, il peut être difficile de se faire une idée de l’étendue et de la forme d’un objet à l’intérieur duquel on se trouve. Si vous êtes dans une pièce à l’intérieur d’une maison, comment pouvez-vous dire quelle est la taille de la maison ?

Heureusement, la nature fournit des indices. Nous voyons une bande de lumière floue à travers le ciel, et l’appelons la Voie lactée – c’est en fait la lumière combinée de milliards d’étoiles lointaines. C’est une ligne épaisse, et cela nous indique qu’une grande partie de la galaxie est plate : Nous sommes à l’intérieur d’un épais disque d’étoiles, donc nous le voyons projeté comme un flux de lumière à travers le ciel.

Nous pouvons également voir un renflement d’étoiles au milieu, qui est réel. Les bras spiraux dans le disque sont plus difficiles à détecter, mais les observations radio les montrent clairement, et nous permettent de cartographier la forme et la structure de la galaxie claire jusqu’à l’autre côté. En observant les étoiles qui changent de luminosité de manière prévisible, nous pouvons mesurer la forme et l’étendue du disque, et constater qu’il est déformé (comme le bord d’un fedora), et qu’il fait 120 000 années-lumière de large – 120 quadrillions de kilomètres !

Nous savons également que les galaxies comme la nôtre sont entourées d’un énorme halo d’étoiles ainsi que de matière noire. Cette dernière est composée de on-ne-sait-quoi, probablement une forme exotique de particules subatomiques, qui exerce une influence sur la galaxie via la gravité. En masse, elle dépasse de loin ce que nous appelons la matière « normale » (quoique, si l’on y réfléchit, s’il y a plus de matière noire, alors cela devrait être ce que nous appelons normal), probablement d’un facteur cinq ou plus.

Mais quelle est la taille de ce halo ? C’est de loin la plus grande structure de notre galaxie, et définit sans doute la taille réelle de la Voie lactée, mais il est excessivement faible ou invisible à nos yeux, donc obtenir sa taille est difficile.

Une équipe d’astronomes s’est récemment attaquée à cette question. Ils ont utilisé des modèles informatiques de la façon dont les galaxies se forment et évoluent pour voir si le halo d’une galaxie comme la Voie lactée a un bord naturel, quelque chose où l’on peut planter un panneau et dire « Voici où la galaxie se termine. » Ce n’est pas aussi simple – les halos ont tendance à s’estomper progressivement au lieu de s’arrêter net – mais en utilisant à la fois ces modèles et les observations de galaxies plus petites autour de nous, ils trouvent que le halo de la Voie lactée s’étend jusqu’à 950 000 années-lumière du centre, ce qui signifie que notre galaxie fait deux fois ce diamètre : 1,9 million d’années-lumière.

Une note de prudence, cependant ; l’incertitude sur ce point est d’environ ±200 000 années-lumière. Ce n’est pas précis. Mais alors, comme je l’ai dit plus haut, ils ne mesurent pas vraiment un bord.

Aussi, la façon dont cela a été fait était intéressante. Au début de l’Univers, les galaxies se sont formées à partir de nuages de gaz et de matière noire. La plupart du temps, cette matière était éparpillée, mais il y avait des endroits locaux qui avaient une densité plus élevée, donc la matière gravitait (littéralement) vers ces endroits. Une fois qu’un noyau de matière s’est formé, des éléments plus éloignés y sont tombés, puis d’autres plus éloignés encore, et ainsi de suite. C’est un processus de l’intérieur vers l’extérieur.

Le halo se formerait à partir de matière assez éloignée. Il tomberait vers la galaxie naissante, et une grande partie reviendrait vers l’extérieur. Cela forme deux sortes de bords au halo. L’un est appelé le bord « d’éclaboussure », où la matière tombait du halo puis ressortait à nouveau ; le ralentissement jusqu’à l’arrêt définit cette région. La matière s’accumule à cet endroit parce qu’elle se déplace lentement, et donc juste à l’extérieur de cela, vous avez une grande chute de densité.

Un autre bord est plus proche du centre, et est appelé le « 2e caustique ». C’est là que la matière est tombée autour de la galaxie à plusieurs reprises et s’est un peu stabilisée (ce que les astronomes appellent la matière « virialisée »). Les scientifiques de ce nouveau travail ont utilisé ce second pour calculer la taille de la Voie lactée, parce que l’extérieur a tendance à se chevaucher avec les halos d’autres galaxies (comme Andromède, qui est à 2,5 millions d’années-lumière) et aussi parce qu’ils ont constaté que cette distance fonctionne à la fois lors de la modélisation de la matière noire et des étoiles.

Ils ont également examiné le comportement des galaxies naines dans notre Groupe local de galaxies, et ont constaté que celles qui sont plus proches de la Voie lactée que ce 2e caustique ont tendance à se déplacer dans l’espace à une vitesse différente de celles qui sont plus éloignées. Selon eux, il peut s’agir d’une coïncidence, mais aussi d’une relation physique qu’elles entretiennent avec la Voie lactée sur le plan gravitationnel. Si c’est le cas, c’est une preuve supplémentaire que cela fait un bon choix pour la limite.

Donc voilà. Nous vivons sur une planète en orbite autour d’une étoile à environ 40% du chemin du centre au bord du disque dans une galaxie spirale avec un halo beaucoup plus grand qui s’étend sur près de deux millions d’années-lumière. Ce n’est pas la plus grande galaxie que nous connaissons, mais ce n’est pas non plus une galaxie à dédaigner.