Déterminer la distance des galaxies de notre système solaire est une entreprise délicate. Dans le passé, ce processus reposait sur la recherche d'étoiles dans d'autres galaxies dont le flux lumineux absolu était mesurable. En mesurant la luminosité de ces étoiles, les scientifiques ont pu étudier certaines galaxies qui se trouvent à 300 millions d'années-lumière de nous.
Cependant, une nouvelle méthode plus précise a été développée, grâce à une équipe de scientifiques dirigée par le Dr Sebastian Hoenig de l'Université de Southampton. Semblable à ce que les arpenteurs-géomètres utilisent ici sur Terre, ils ont mesuré la physique et angulaire (ou apparent) taille d'une règle standard dans la galaxie pour calibrer les mesures de distance.
Hoenig et son équipe ont utilisé cette méthode à l'observatoire WM Keck, près du sommet du Mauna Kea à Hawaï, pour déterminer avec précision pour la première fois la distance jusqu'à la galaxie NGC 4151 - autrement connue des astronomes sous le nom d '«œil de Sauron». La galaxie NGC 4151, surnommée «l'œil de Sauron» par les astronomes pour sa similitude avec la représentation de Sauron dans la trilogie «Le Seigneur des anneaux», est importante pour mesurer avec précision les masses de trous noirs.
Les distances récemment rapportées varient de 4 à 29 mégaparsèques, mais en utilisant cette nouvelle méthode, les chercheurs ont calculé une distance de 19 mégaparsèques au trou noir supermassif.
En effet, comme dans la célèbre saga, une bague joue un rôle crucial dans cette nouvelle mesure. Les scientifiques ont observé que toutes les grandes galaxies de l'univers ont un trou noir supermassif en leur centre. Et dans environ un dixième de toutes les galaxies, ces trous noirs supermassifs continuent de croître en avalant d'énormes quantités de gaz et de poussière de leurs environnements environnants.
Dans ce processus, le matériau se réchauffe et devient très brillant - devenant les sources d'émission les plus énergétiques de l'univers appelées noyaux galactiques actifs (AGN).
La poussière chaude forme un anneau autour du trou noir supermassif et émet un rayonnement infrarouge, que les chercheurs ont utilisé comme règle. Cependant, la taille apparente de cet anneau est si petite que les observations ont été effectuées en utilisant l'interférométrie infrarouge pour combiner les télescopes jumeaux de 10 mètres de l'Observatoire W.Keck, pour atteindre la puissance de résolution d'un télescope de 85 m.
Pour mesurer la taille physique de l'anneau poussiéreux, les chercheurs ont mesuré le délai entre l'émission de lumière de très près du trou noir et l'émission infrarouge. Ce retard est la distance que la lumière doit parcourir (à la vitesse de la lumière) de près du trou noir jusqu'à la poussière chaude.
En combinant cette taille physique de l'anneau de poussière avec la taille apparente mesurée avec les données de l'interféromètre de Keck, les chercheurs ont pu déterminer la distance jusqu'à la galaxie NGC 4151.
Comme l'a dit le Dr Hoenig: «L'une des principales conclusions est que la distance déterminée de cette nouvelle manière est assez précise - avec seulement 10% d'incertitude. En fait, si le résultat actuel pour NGC 4151 est valable pour d'autres objets, il peut potentiellement battre toutes les autres méthodes actuelles pour atteindre la même précision afin de déterminer les distances pour les galaxies éloignées directement sur la base de principes géométriques simples. De plus, il peut être facilement utilisé sur beaucoup plus de sources que la méthode la plus précise actuelle. »
"De telles distances sont essentielles pour déterminer les paramètres cosmologiques qui caractérisent notre univers ou pour mesurer avec précision les masses des trous noirs", a-t-il ajouté. «En effet, le NGC 4151 est une ancre cruciale pour calibrer diverses techniques d'estimation des masses des trous noirs. Notre nouvelle distance implique que ces masses peuvent avoir été systématiquement sous-estimées de 40%. »
Le Dr Hoenig, avec des collègues du Danemark et du Japon, met actuellement en place un nouveau programme pour étendre leur travail à de nombreux autres AGN. Le but est d'établir des distances précises à une douzaine de galaxies de cette nouvelle manière et de les utiliser pour limiter les paramètres cosmologiques à quelques pour cent près. En combinaison avec d'autres mesures, cela permettra de mieux comprendre l'histoire de l'expansion de notre univers.
La recherche a été publiée le mercredi 26 novembre dans l'édition en ligne de la revue La nature.
