Les galaxies naines chamboulent la matière noire

Publié par Adrien le 29/11/2023 à 08:00
Source: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
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Les galaxies naines, gravitant autour de la Voie Lactée, ont longtemps été considérées comme d'anciennes compagnes de notre galaxie, subsistant depuis près de 10 milliards d'années. Or, une étude récente, s'appuyant sur les données du satellite Gaia (Le satellite Gaia est une mission astrométrique de l'Agence spatiale européenne (ESA) devant...) de l'Agence Spatiale Européenne (L’Agence spatiale européenne (ASE) (en anglais European Space Agency : ESA) est...) (ESA), vient bousculer cette vision.


Galaxies naines autour de la Voie Lactée.
Crédit: ESA/Gaia/DPAC

Publiée dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, cette étude internationale démontre que les galaxies naines pourraient être en déséquilibre dès leur entrée dans le halo galactique. Auparavant, on pensait que ces galaxies contenaient d'importantes quantités de matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais...) pour résister aux effets de marée titanesques de la Voie Lactée. La matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) noire était supposée expliquer les grandes différences de vitesse observées dans les étoiles de ces galaxies naines.

Cependant, les dernières données de Gaia révèlent une vision radicalement différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...). L'équipe, composée de chercheurs de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique...) - PSL, du CNRS et de l'Institut Leibniz d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) de Potsdam (AIP), a pu dater l'histoire de la Voie Lactée en étudiant la relation entre l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) orbitale d'un objet et sa date d'entrée dans le halo. Les objets arrivés tôt, lorsque la Voie Lactée était moins massive, possèdent une énergie orbitale inférieure à ceux arrivés plus récemment.

Les énergies orbitales de la plupart des galaxies naines sont étonnamment plus grandes que celle de la galaxie naine du Sagittaire, entrée dans le halo il y a 5 à 6 milliards d'années. Cela suggère que la plupart des galaxies naines sont arrivées bien plus récemment, il y a moins de trois milliards d'années.


Simulation de la transformation d'une galaxie riche en gaz et dominée par la rotation en une galaxie naine sphérique, ici un analogue de la galaxie naine du Sculpteur.
Crédit: Jianling Wang, François Hammer

Cette arrivée récente implique que les naines proches proviennent de l'extérieur du halo, où presque toutes les galaxies naines observées contiennent d'énormes réservoirs de gaz neutre. Ces galaxies ont perdu leur gaz lors de collisions avec le gaz chaud du halo galactique. La violence des chocs et de la turbulence a complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou...) transformé ces galaxies naines.

Autrefois riches en gaz et dominées par la rotation du gaz et des étoiles, ces galaxies, devenues dépourvues de gaz, voient leur gravité équilibrée par les mouvements aléatoires de leurs étoiles restantes.

Un des points intrigants de cette étude est le rôle de la matière noire. D'abord, l'absence d'équilibre empêche toute estimation de la masse dynamique des naines de la Voie Lactée et de leur contenu en matière noire. Ensuite, alors que dans le scénario précédent, la matière noire était censée stabiliser les galaxies naines, son invocation devient problématique pour des objets en déséquilibre. Si les naines avaient déjà contenu beaucoup de matière noire, elles auraient stabilisé leur disque initial d'étoiles en rotation, empêchant la transformation observée.

L'arrivée récente des galaxies naines et leur transformation dans le halo expliquent bien de nombreuses propriétés observées de ces objets, notamment pourquoi elles ont des étoiles à grande distance de leur centre. Leurs propriétés semblent compatibles avec une absence de matière noire, contrairement à la compréhension précédente des galaxies naines comme les objets les plus dominés par la matière noire.

Ces découvertes soulèvent de nombreuses questions: où sont les nombreuses galaxies naines dominées par la matière noire que le modèle cosmologique standard prévoit autour de la Voie Lactée ? Comment inférer le contenu en matière noire d'une galaxie naine si l'équilibre ne peut être supposé ?
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