La moindre influence de la matière noire au sein de l'Univers primitif

Publié par Adrien le 17/03/2017 à 00:00
Source: ESO
De nouvelles observations suggèrent que les galaxies massives, à taux de formation stellaire élevé et datées de 10 milliards d'années, soit de l'âge d'or de la formation galactique, étaient dominées par la matière baryonique ou "ordinaire" - à l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...) des galaxies actuelles, régies par la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais...). Cet étonnant résultat a été obtenu grâce au Very Large Telescope (Le Very Large Telescope (VLT) est un ensemble de 4 télescopes principaux et 4 auxiliaires...) de l'ESO. Il suggère la moindre influence de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) noire au sein de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) jeune. Ce travail de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) de quatre articles, dont l'un à paraître au sein de la revue Nature.


La matière ordinaire se présente sous formes d'étoiles brillantes, de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) brillant et de nuages de poussière. Plus insaisissable, la matière noire n'émet aucune lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...), ni n'en n'absorbe ou n'en réfléchit. Seule son influence gravitationnelle trahit sa présence. Son existence explique la raison pour laquelle la matière située en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus...) des galaxies spirales voisines de la nôtre est animée d'une vitesse (On distingue :) de rotation supérieure à celle résultant de la seule présence de matière ordinaire (1).

Une équipe internationale d'astronomes emmenée par Reinhard Genzel de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Max Planck (Max Planck (né Max Karl Ernst Ludwig Planck le 23 avril 1858 à Kiel, Allemagne...) dédié à la Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) Extraterrestre à Garching en Allemagne a utilisé les instruments KMOS et SINFONI installés sur le Very Large Telescope de l'ESO au Chili (2) pour déterminer les vitesses de rotation de six galaxies massives, à taux de formation stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la...) élevé, peuplant l'Univers lointain et datant de l'âge d'or de la formation galactique, soit de 10 milliards d'années.

Le fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine....) de leurs observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) est tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) à fait surprenant: à la différence des galaxies spirales de l'Univers actuel, les régions périphériques de ces galaxies distantes semblent animées d'une vitesse de rotation inférieure à celle des régions situées à plus grande proximité du noyau central - suggérant la moindre présence de matière noire.

"Etonnamment, les vitesses de rotation, loin d'être constantes, diminuent à mesure que l'on s'éloigne du centre galactique" précise Reinhard Genzel, auteur principal de l'article à paraître dans Nature. "La raison en est probablement double. D'une part, la plupart de ces galaxies massives et précoces sont principalement dominées par la matière ordinaire, la matière noire jouant un rôle bien plus secondaire que ce n'est le cas au sein de l'Univers actuel. D'autre part,  les disques primitifs étaient bien plus turbulents que les galaxies spirales qui peuplent notre proche environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) cosmique."

L'un et l'autre effet semblent se renforcer à mesure que les astronomes observent des régions plus distantes et un passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...) plus lointain - l'Univers jeune, en l'occurrence. Ces résultats suggèrent que 3 à 4 milliards d'années après le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a...), le gaz contenu au sein des galaxies s'était déjà condensé en disques plats en rotation, autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) desquels se distribuaient de vastes halos de matière noire bien plus diffuse. Il semblerait que des milliards d'années supplémentaires aient été nécessaires à la condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui...) de la matière noire, de sorte que ses effets ne prédominent qu'à l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur...) actuelle.

Cette hypothèse rejoint diverses observations attestant de la plus grande richesse en gaz et de la compacité plus élevée des galaxies précoces comparées aux galaxies actuelles.

Les six galaxies cartographiées dans le cadre de cette étude sont issues d'un plus vaste échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) constitué d'une centaine de disques lointains, caractérisés par des taux de formation stellaire élevés, et imagés par les instruments KMOS et SINFONI installés sur le Very Large Telescope de l'ESO à l'Observatoire de Paranal au Chili. Outre les mesures de galaxies individuelles rapportées ci-dessus, une courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du...) de rotation moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) a été déduite des faibles signaux en provenance des autres galaxies. Cette courbe composite a confirmé la diminution des vitesses de rotation au fil de l'éloignement des centres galactiques. Deux autres études concernant 240 étoiles entourées de disques confortent également ces résultats.

Typiquement, la matière ordinaire représente environ la moitié de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) galactique totale. A des redshifts élevés toutefois, elle domine complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou...) la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) des galaxies, souligne une modélisation détaillée.

Notes

(1) Le disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une...) d'une galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) spirale ((voir page de discussion)) fait un tour en plusieurs centaines de millions d'années. Les noyaux des galaxies spirales sont peuplés d'un très grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'étoiles, mais la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) de cette matière ordinaire décroît en périphérie. Si la masse d'une galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...) se résumait à celle de la seule matière ordinaire, les régions extérieures, plus diffuses, seraient animées d'une vitesse de rotation inférieure à celle du centre galactique, plus dense. Or, les observations de galaxies spirales voisines de la nôtre indiquent que leurs régions centrales et périphériques sont dotées de vitesses de rotation identiques. Ces "courbes de rotation plates" suggèrent que les galaxies spirales sont constituées de vastes quantités de matière noire distribuée en halo autour du disque galactique.

(2) Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) de cette étude ont été acquises par les spectromètres de champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) intégral KMOS et SINFONI installés sur le Very Large Telescope de l'ESO au Chili, dans le cadre des sondages KMOS3D et SINS/zC-SINF. Cette étude exhaustive de la dynamique d'un grand nombre de galaxies situées à des redshifts compris entre 0,6 et 2,6 - soit à 5 milliards d'années à l'échelle cosmique - constitue une première.
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