Les astronomes découvrent que 19 galaxies de plus manquent de leur matière noire

La nouvelle recherche peut avoir des implications dramatiques pour les théories sur la matière noire et la formation des galaxies.

Par Jake Parks  | Publication: jeudi 12 décembre 2019

SUJETS CONNEXES: MATIÈRE NOIRE | COSMOLOGIE | GALAXIES

La galaxie naine NGC 5477, vue ici dans cette image de Hubble, est comme la plupart des galaxies: elle a beaucoup plus de matière noire que de matière ordinaire. Mais la découverte récente de 19 galaxies naines manquant la plupart de leur matière noire peut forcer les astronomes à reconsidérer comment ces galaxies se forment en premier lieu. 

Hubble / ESA / NASA

Les astronomes ont découvert 19 autres galaxies sans leur matière noire . Au lieu de matière noire, ces étranges galaxies sont principalement remplies de matière régulière, comme les protons, les neutrons et les électrons qui composent tout ce que nous connaissons.

La nouvelle découverte, publiée le 26 novembre dans Nature Astronomy , renforce la récente découverte controversée de deux autres galaxies sans matière noire . La substance mystérieuse représente la majeure partie de la matière dans l'univers, et on pense qu'elle est la principale composante de toutes les galaxies - ainsi que le principal moteur de la formation des galaxies en premier lieu. Donc, trouver autant de galaxies sans la matière exotique suggère que les astronomes manquent quelque chose de majeur sur la façon dont les galaxies se forment et évoluent.

"Ce résultat est très difficile à expliquer en utilisant le modèle standard de formation des galaxies", a déclaré l'auteur principal Qi Guo de l'Académie chinoise des sciences dans un communiqué de presse , "et encourage ainsi les gens à revoir la nature de la matière noire."

Récapitulation: matière noire et rotation des galaxies

À la fin des années 1970, les astronomes Vera Rubin et Kent Ford de la Carnegie Institution ont observé notre voisine galactique la plus connue: la galaxie d'Andromède . Et quand ils l'ont fait, ils ont découvert que la galaxie ne tournait pas comme prévu. Dans notre système solaire, les planètes tournent autour du Soleil à des rythmes différents. Le mercure rapproché se déplace beaucoup plus rapidement que Neptune lointain. Cependant, à Andromède, les objets visibles sur le bord extérieur de la galaxie se déplacent aussi rapidement que les objets en orbite près du noyau de la galaxie.

Rubin et Ford étaient perplexes. Cela signifiait que la galaxie d'Andromède devait être saturée d'énormes quantités de matière invisible, s'étendant loin du centre de la galaxie. Finalement, leur découverte s'est avérée être la première preuve directe de la matière noire .

Les astronomes infèrent l'existence de la matière noire en grande partie sur la base du fait que les courbes de rotation des galaxies ne sont pas ce que vous attendez sans une certaine forme de masse cachée répartie dans toute la galaxie. Dans cette simulation, la galaxie de gauche montre à quoi ressemblerait la rotation sans les effets de la matière noire, tandis que la droite montre la rotation de la matière noire. Notez comment les étoiles et le gaz à l'extérieur de la galaxie droite se déplacent beaucoup plus rapidement que ceux de la galaxie gauche.

Ingo Berg / Wikimedia Commons

Au cours des décennies qui ont suivi, les astronomes ont réalisé que chaque galaxie semblait être pleine à craquer de matière noire, une substance qui n'interagit pas avec la matière régulière ou la lumière, sauf par la force de la gravité. Puis, en 2018, des chercheurs dirigés par Pieter van Dokkum de l'Université de Yale ont découvert une galaxie fantomatique bizarre nommée NGC 1052-DF2 qui semblait contenir très peu, voire pas du tout, de matière noire.

"Nous pensions que chaque galaxie avait de la matière noire et que la matière noire est la façon dont une galaxie commence", a déclaré van Dokkum dans un communiqué de presse après la découverte. "Cette substance invisible et mystérieuse est l'aspect le plus dominant de toute galaxie. Donc, trouver une galaxie sans elle est inattendu. Elle remet en question les idées standard sur la façon dont nous pensons que les galaxies fonctionnent, et elle montre que la matière noire est réelle: existence en dehors des autres composants des galaxies. "

Quelques mois plus tard, van Dokkum et son équipe ont découvert une deuxième galaxie sans matière noire appréciable: NGC 1052-DF4 . Et comme NGC 1052-DF2, cette galaxie ultra-diffuse a soulevé beaucoup de sourcils dans la communauté astronomique.

Un critique était l'astronome Ignacio Trujillo de l'Instituto de Astrofisica de Canarias en Espagne.

"Quelque chose qui a attiré mon attention très tôt était le fait que la galaxie [DF2] était non seulement anormale pour ne pas avoir de matière noire, mais aussi pour avoir une population extraordinairement brillante d'amas globulaires", a déclaré Trujillo à Astronomy. "Je me souviens avoir pensé:" Deux anomalies en même temps semblent vraiment bizarres. ""

NGC1052-DF2, imagée ici par le télescope spatial Hubble, est une grande galaxie, mais très diffuse, censée contenir une quantité négligeable de matière noire. 

NASA / ESA / P. van Dokkum (Université de Yale)

Mais après un retour académique, où Trujillo et van Dokkum ont échangé des salves sous forme de documents de recherche, la réponse à la question de savoir si ces galaxies manquent vraiment de leur matière noire reste incertaine.

Une liste croissante de galaxies sans matière noire

Mais maintenant, la découverte de 19 galaxies supplémentaires sans matière noire fait que DF2 et DF4 semblent moins bizarres. Et si les derniers résultats se maintiennent, les astronomes devront sérieusement réfléchir à ce que signifie cette population croissante de galaxies sans matière noire.

Le dernier lot de galaxies manquant de matière noire a été découvert lorsque Guo et son équipe ont exploré la nature de 324 galaxies naines à l'aide des données de l' Observatoire Arecibo de Porto Rico et du Sloan Digital Sky Survey . Avec ces données, ils ont suivi les traces de Rubin et Ford, étudiant la vitesse à laquelle l'hydrogène gazeux tourne autour de chaque galaxie. Ils ont également calculé la quantité de matière normale - sous forme de gaz et d'étoiles - qu'ils contenaient.

Après avoir chiffré les chiffres, Guo et ses collègues ont déterminé que, sur les 324 galaxies naines qu'ils ont étudiées, 19 d'entre elles contiennent suffisamment de matière visible pour expliquer uniquement les mouvements de l'hydrogène des galaxies. En d'autres termes, beaucoup de matière noire semble manquer dans ces galaxies.

Selon l'étude, "Nos résultats suggèrent qu'une population de galaxies naines pourrait se former d'une manière particulière de sorte que beaucoup moins de matière noire est nécessaire que pour celles du groupe local [notre voisinage cosmique] et celles trouvées dans les simulations."

Et quelle est la signification de trouver des galaxies sans matière noire? Selon van Dokkum, cela signifierait que les astronomes ne comprennent pas vraiment comment les galaxies se forment en premier lieu. Les scientifiques soupçonnent actuellement que les galaxies ne se forment que lorsque la gravité de grandes quantités de matière noire attire le gaz et la poussière nécessaires pour démarrer la formation des étoiles.

"Le fait est que nous n'avons aucune idée de la façon dont la formation des étoiles se déroulerait en l'absence de matière noire", a expliqué van Dokkum. "Tout ce que nous pouvons dire, c'est qu'il doit y avoir eu un gaz très dense au début de leur histoire." Sinon, les galaxies ne pourraient pas créer de nouvelles étoiles.

Pour aller de l'avant, Guo et son équipe disent que les astronomes doivent faire plus de travail pour cartographier les mouvements de l'hydrogène gazeux dans ces galaxies. Et avec cela, ils espèrent en savoir plus sur la façon dont ces galaxies sans matière noire sont apparues en premier lieu.

Source: http://www.astronomy.com/ 
Lien: http://www.astronomy.com/news/2019/12/astronomers-find-19-more-galaxies-missing-their-dark-matter?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR3fDMPdiBWvw1kjMzwl-f7l5T13wJc_nfZui1htB38dPYnEkWuU1HcXPZ8