Une galaxie presque invisible remet en question le paradigme de la matière noire

Un groupe d'astrophysiciens dirigé par Mireia Montes, chercheuse à l'Institut d'astrophysique des îles Canaries (IAC), a découvert la galaxie la plus grande et la plus répandue enregistrée à ce jour. L'étude a été publiée dans la revue Astronomie et astrophysiqueLes données obtenues par le Gran Telescopio Canarias (GTC) et le Green Bank Radio Telescope (GBT) ont été utilisées.

Nube est une galaxie naine presque invisible découverte par une équipe de recherche internationale dirigée par l'Institut d'astrophysique des îles Canaries (IAC) en collaboration avec l'Université de La Laguna (ULL) et d'autres institutions.

Le nom a été suggéré par la fille de 5 ans d'un des chercheurs du groupe et est dû à l'apparence étalée du corps. La luminosité de sa surface est si faible qu'elle est passée inaperçue lors de diverses études antérieures de cette partie du ciel, comme s'il s'agissait d'un fantôme. C'est parce que ses étoiles sont si dispersées que le « Nube » (en espagnol pour « nuage ») était presque indétectable.

Cette galaxie nouvellement découverte possède un ensemble de propriétés spécifiques qui la distinguent des objets précédemment connus. L’équipe de recherche estime que Nobi est une galaxie naine dix fois plus faible que les autres de ce type, mais également dix fois plus massive que d’autres objets contenant un nombre similaire d’étoiles. Pour montrer ce que cela signifie à tous ceux qui connaissent un peu l'astronomie, cette galaxie fait environ un tiers de la taille de la galaxie. Voie LactéeMais sa masse est similaire à celle du Petit Nuage de Magellan.

Une image de la galaxie Nubie à travers différents télescopes. Crédit : SDSS/GTC/IAC

« Avec nos connaissances actuelles, nous ne comprenons pas comment une galaxie aux propriétés aussi extrêmes pourrait exister », explique Mireya Montes, première auteure de l'article, chercheuse à l'IAC et à l'ULL.

Depuis plusieurs années, Ignacio Trujillo, le deuxième auteur de l'article, effectue des analyses basées sur des images SDSS (Enquête sur le ciel numérique de Sloan), une bande spécifique du ciel, dans le cadre du projet Legado del IAC Stripe 82. Dans l'une des analyses de données, ils ont remarqué une faible tache qui semblait suffisamment intéressante pour mettre en place un projet de recherche.

L'étape suivante consistait à utiliser des images multicolores très profondes du Gran Telescopio Canarias (GTC), pour confirmer que ce patch dans l'analyse n'était pas une sorte d'erreur, mais un objet très répandu. En raison de sa faiblesse, il est difficile de déterminer la distance exacte de Nobby. À l'aide d'une observation obtenue avec le Green Bank Telescope (GBT), aux États-Unis, les chercheurs ont estimé la distance de Nobi à 300 millions d'années-lumière, malgré les observations à venir utilisant le radiotélescope Very Large Array (VLA) et le télescope optique William Herschel. (WHT) à l'Observatoire Roque de los Muchachos, La Palma, devrait les aider à démontrer si cette distance est correcte. « Si la galaxie s'avère plus proche, elle restera un objet très étrange et posera des défis majeurs à l'astrophysique », commente Ignacio Trujillo.

Y a-t-il un autre défi au modèle actuel de matière noire ?

La règle générale est que les galaxies ont une densité d’étoiles beaucoup plus grande dans leurs régions intérieures et que cette densité diminue rapidement à mesure que l’on s’éloigne du centre. Cependant, Montes dit qu'à Nobi, « la densité des étoiles varie très peu dans tout l'objet, c'est pourquoi elle est si faible, et nous ne pouvions pas bien l'observer avant d'avoir obtenu les images très profondes du GTC ». « 

Galaxie Nubie. La figure est une combinaison d'une image en couleur et d'une image en noir et blanc, pour la sélection de l'arrière-plan. Crédit : GTC/Mireya Montes

Les débutants ont dérouté les astronomes. À première vueL’équipe explique qu’il n’y a aucune interaction ou autre indication de ses propriétés étranges. Les simulations cosmologiques sont incapables de reproduire ses propriétés « extrêmes », même basées sur différents scénarios. « Nous nous retrouvons sans explication viable dans le modèle cosmologique actuellement accepté, qui est le modèle de la matière noire froide », explique Montes.

Le modèle de matière noire froide peut reproduire des structures à grande échelle dans l'univers, mais il existe des scénarios à petite échelle, comme celui de Nobby, pour lesquels il ne peut pas fournir une bonne réponse. Nous avons montré comment différents modèles théoriques ne peuvent pas le reproduire, ce qui en fait l'un des cas les plus extrêmes connus à ce jour. « Il est possible qu'avec cette galaxie, et d'autres galaxies similaires que nous pourrions trouver, nous puissions trouver des preuves supplémentaires qui ouvriront une nouvelle fenêtre sur la compréhension de l'univers », commente Montes.

« Une possibilité intéressante est que les propriétés inhabituelles de Nube nous montrent que les particules qui composent la matière noire ont une très petite masse », explique Ignacio Trujillo. Si tel était le cas, les propriétés inhabituelles de cette galaxie serviraient de preuve des propriétés de la physique quantique, mais à l’échelle galactique. Il conclut : « Si cette hypothèse se confirme, ce sera l’une des plus belles manifestations de la nature, unissant le monde du plus petit au monde du plus grand. »

Référence : « Une galaxie sombre à peu près de la masse du Petit Nuage de Magellan » par Mireya Montes, Ignacio Trujillo, Ananthan Karunakaran, Raul Infante-Saenz, Christine Speeks, Giulia Giulini, Michael Beasley, Maria Ciprian, Nocchia Ciampa, Mauro D'Onofrio, Lee Kelvin et Javier Roman, 9 janvier 2024, Astronomie et astrophysique.
est ce que je: 10.1051/0004-6361/202347667