Les galaxies sans matière noire intriguent les astronomes

Les galaxies sans matière noire intriguent les astronomes
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Cette image Hubble capture un ensemble de galaxies inhabituelles car elles semblent ne pas avoir de matière noire.Crédit : NASA/ESA/P. van Dokkum, Yale Univ.

Les astronomes pensent que les galaxies ne peuvent pas se former sans l’attraction gravitationnelle de la matière noire. Ainsi, une traînée de galaxies exemptes de ce matériau mystérieux, sans cause évidente, serait une découverte remarquable. Dans un article publié dans Nature le 18 mai1, les astronomes disent qu’ils auraient pu observer un tel système – une ligne de 11 galaxies qui ne contiennent pas de matière noire, qui pourraient toutes avoir été créées dans la même collision ancienne. Mais bon nombre de leurs pairs ne sont pas convaincus que cette affirmation est bien plus qu’une hypothèse.

Ce type de système pourrait être utilisé pour en savoir plus sur la formation des galaxies et sur la nature de la matière noire elle-même. “Si cela s’avère exact, cela pourrait certainement être passionnant pour la formation des galaxies. Cependant, le jury n’est toujours pas là », explique Chervin Laporte, astronome à l’Université de Barcelone en Espagne.

La découverte se concentre sur deux galaxies décrites par Pieter van Dokkum de l’Université de Yale à New Haven, Connecticut, et ses co-auteurs en 2018 et 2019. Leurs étoiles se déplaçaient si lentement que l’attraction de la matière noire n’était pas nécessaire pour expliquer leurs orbites, donc l’équipe a conclu que les galaxies ne contenaient pas de matière noire. La découverte était controversée car les galaxies, nommées DF2 et DF4, semblaient stables et différentes des seules autres galaxies connues sans matière noire, qui sont nouvelles et de courte durée, créées dans les bras de galaxies plus grandes dont la matière noire est dépouillée. par un voisin. La formation de DF2 et DF4 était un mystère.

Sentier révélateur

Dans le dernier article, l’équipe de van Dokkum relie non seulement les deux galaxies inhabituelles, mais affirme que leurs propriétés sont compatibles avec leur formation lors d’une collision à grande vitesse, il y a huit milliards d’années, qui a également engendré d’autres structures de ce type. “Cette explication unique explique tant de choses étranges sur ces galaxies”, déclare van Dokkum.

L’équipe a emprunté son scénario à des simulations créées à l’origine pour expliquer les caractéristiques uniques des collisions à plus grande échelle entre les amas de galaxies. Les chercheurs suggèrent que lorsque deux galaxies progénitrices se sont heurtées de front, leur matière noire et leurs étoiles se seraient croisées ; la matière noire n’aurait pas interagi et les étoiles auraient été trop éloignées pour entrer en collision. Mais alors que la matière noire et les étoiles s’accéléraient, le gaz dans l’espace entre les étoiles des deux galaxies se serait écrasé ensemble, compacté et ralenti, laissant une traînée de matière qui a ensuite formé de nouvelles galaxies sans matière noire.

Ensuite, les chercheurs ont recherché de telles galaxies dans la ligne entre DF2 et DF4. Ils ont identifié entre trois et sept nouveaux candidats pour les galaxies sans matière noire, ainsi que des galaxies étranges et faibles à chaque extrémité, qui pourraient être la matière noire et les étoiles restantes des galaxies progénitrices. “Cela vous regardait en face une fois que vous saviez quoi chercher”, explique van Dokkum.

Si cette image s’avère vraie, elle pourrait aider les astronomes à comprendre le comportement de la matière noire et à en savoir plus sur les circonstances dans lesquelles les galaxies peuvent se former. Une telle collision galactique pourrait également être utilisée comme un “nouveau laboratoire” pour comprendre si la matière noire interagit avec elle-même, explique Go Ogiya, astronome à l’Université du Zhejiang à Hangzhou, en Chine.

Questions ouvertes

Bien que plausible, le modèle de van Dokkum ne décrit qu’une des nombreuses façons dont ces galaxies auraient pu être fabriquées, explique Priyamvada Natarajan, astrophysicien à Yale qui ne fait pas partie de l’équipe de van Dokkum. Mais c’est intrigant et, surtout, fait des prédictions vérifiables, dit-elle.

Les mesures des distances et des vitesses précises des galaxies candidates pourraient prouver qu’elles font partie de la même chaîne et pas seulement par coïncidence le long de la même ligne de visée, explique Michelle Collins, astronome à l’Université du Surrey à Guildford, au Royaume-Uni. “Pour moi, qu’il s’agisse d’une vraie ligne ou non est une grande question ouverte.”

Les astronomes doivent également mesurer les masses des galaxies fantômes aux extrémités de la ligne – les galaxies progénitrices potentielles – pour tester si elles contiennent beaucoup de matière noire, comme le modèle le prédit, ajoute Laporte.

D’autres se demandent si une explication exotique est nécessaire. Ignacio Trujillo, astronome à l’Institut d’astrophysique des îles Canaries à La Laguna, en Espagne, dirige une équipe qui propose que DF2 et DF4 sont plus proches de la Terre que ne le suggèrent les mesures de van Dokkum, et contiennent donc plus de matière noire qu’il n’y paraissait à première vue. .

Les astronomes ont également besoin de voir une simulation fiable montrant que le scénario décrit par l’équipe de van Dokkum est plausible, déclare Mireia Montes, astronome au Space Telescope Science Institute de Baltimore, Maryland. “Pour l’instant, il y a beaucoup d’hypothèses, mais celles-ci ne sont étayées par aucune simulation”, dit-elle.

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