Lorsque les petites galaxies rencontrent des galaxies plus massives, elles sont confrontées à un ultimatum : s’assimiler ou être détruites. Mais une nouvelle étude suggère qu’il existe une troisième alternative : affronter la plus grande galaxie, et payer un prix en matière noire.
Un nouvel article publié lundi dans le journal Nature Astronomy détaille une étude utilisant des simulations informatiques très puissantes de galaxies qui a montré que, contrairement aux hypothèses des astronomes, les galaxies peuvent exister sans un halo environnant de matière noire, que les scientifiques estiment également essentiel à la formation des galaxies. L’astuce est que de telles galaxies doivent survivre à des rencontres rapprochées avec des galaxies beaucoup plus massives, en traversant la plus grande galaxie et en étant dépouillées de leur matière noire.
Cette découverte permet non seulement aux scientifiques de mieux comprendre l’évolution et le comportement des galaxies, mais aussi de préserver le rôle important que joue la matière noire dans l’univers et de suggérer d’importantes expériences futures pour le télescope spatial James Webb récemment lancé.
La nouvelle étude est née de deux découvertes qui menaçaient d’ébranler les fondations des galaxies telles que les astronomes les comprennent.
En 2018, une équipe d’astronomes de Yale a découvert une galaxie naine -. NGC 1052-DF2 – qui ne possédait que peu ou pas de matière noire. La matière noire est une forme mystérieuse de matière qui constituerait 85 % de l’univers. Bien que les scientifiques ne puissent pas la voir, ils peuvent observer les effets gravitationnels de la matière noire, et l’on pense que cette matière énigmatique aide les galaxies à se former et à conserver leur forme.
“La raison pour laquelle nous croyons qu’il y a de la matière noire est en regardant les mouvements des étoiles dans la galaxie – Elles se déplacent trop rapidement, et il doit y avoir quelque chose qui maintient ces étoiles ensemble”, a déclaré Jorge Moreno, professeur adjoint de physique et d’astronomie au Pomona College, en Californie, et auteur principal du nouvel article. “C’est un peu comme si la matière noire était la colle qui maintient tout ensemble”.
Une deuxième galaxie, AGC 114905a également été récemment découverte comme ayant peu ou pas de matière noire, et ensemble, ces observations ont posé un réel problème aux astronomes étudiant les galaxies. Voici des entités qui, selon l’astrophysique, ne devraient pas exister.
“Lorsque les gens ont découvert une galaxie, puis une autre sans matière noire, toute la communauté s’est mise en mode panique”, a déclaré le Dr Moreno. Ce que l’on pensait être un élément fondamental du comportement des galaxies venait de se révéler faux, et certains scientifiques ont même remis en question la réalité de la matière noire elle-même. “Ils se sont dit que nous n’avions peut-être pas besoin de matière noire, mais qu’il fallait plutôt modifier les lois de la physique”.
Le Dr Moreno n’est pas un astronome observateur, regardant des galaxies lointaines à travers un télescope. Il utilise plutôt des superordinateurs pour modéliser le comportement des galaxies à l’aide des données recueillies lors des observations et des lois de la physique telles qu’elles sont censées fonctionner dans le cosmos.
C’est une technique qui a ses avantages puisque le cycle de vie d’une galaxie s’étend sur des millions, voire des milliards d’années.
“Dans une simulation, vous pouvez réellement voir l’évolution en quelques minutes”, a-t-il déclaré. “Vous pouvez voir la galaxie à partir du moment où elle est née, quand elle est un enfant, quand elle est un adolescent et quand elle devient un adulte.”
En décembre 2020, le Dr Moreno exécutait une simulation dans une nouvelle suite de logiciels qui lui permettait de simuler de larges bandes de l’univers composées de milliers de galaxies. Cette simulation, qui partait du principe que la matière noire était essentielle à la formation et à la structure des galaxies, s’est mise à produire des galaxies dépourvues de halo de matière noire. Elle a également montré comment elles en sont arrivées là : une rencontre avec une voisine plus massive.
On a supposé que les petites galaxies en orbite autour de galaxies plus grandes seraient soit détruites, déchirées par la gravité de la galaxie plus massive, soit assimilées, mangées et absorbées par le système galactique plus grand.
“Ce que nous constatons, c’est que ces galaxies ne choisissent pas l’un ou l’autre, elles trouvent une troisième façon de survivre”, a déclaré le Dr Moreno, qu’il compare à David affrontant le géant Goliath dans la Bible. “Ils traversent la galaxie, et ils la traversent plusieurs fois, et ils survivent. Pour une raison quelconque, ils survivent, mais ils paient un prix – ils finissent par abandonner leur matière noire.”
Cette preuve de concept a plusieurs implications. Tout d’abord, elle offre une explication pour les galaxies observées et leur manque déroutant de matière noire, et l’un des astronomes de l’équipe qui a découvert NGC 1052-DF2, Shany Danieli, est le deuxième auteur de la nouvelle étude.papier.
Mais cette découverte renforce également les preuves de la réalité de la matière noire dans l’univers.
“Nous n’avons pas à nous débarrasser du modèle de la matière noire. Nous avons en fait sauvé le modèle”, a déclaré le Dr Moreno. “Les gens disaient, ‘vous savez, il se pourrait que la matière noire soit erronée et que nous devions trouver des alternatives’. Mon article apaise ces inquiétudes.”
La troisième implication des nouvelles découvertes s’applique en dehors du monde de la science et de l’astrophysique, mais dans le monde des humains qui font la science et l’astrophysique.
“Cette découverte ajoute une nouvelle dimension. Vous avez plus de deux options : vous pouvez assimiler, vous pouvez être détruit ou vous pouvez simplement affronter le Goliath”, a déclaré le Dr Moreno. “Je suis l’un des rares astronomes de couleur à faire des simulations, et j’ai des racines indigènes. Donc pour moi, cela résonne beaucoup avec moi avec l’histoire de mon peuple qui, certains ont été assimilés, d’autres ont été détruits.”
Le Dr Moreno a lui-même emprunté une troisième voie, celle de choisir de se faire une place dans la communauté des astronomes pour que les gens qui lui ressemblent puissent être inclus. Et bien qu’il ne soit pas lui-même d’origine Cherokee, il a nommé les galaxies créées dans sa simulation d’après les sept clans de cette tribu amérindienne : Bird, Blue, Deer, Long Hair, Paint, Wild Potato et Wolf. Le Dr Moreno n’est pas lui-même Cherokee, mais l’un de ses collègues et amis est Cherokee.
“C’est ainsi que j’ai appris ces noms”, a déclaré le Dr Moreno. “Je lui ai demandé et il a consulté les anciens Cherokees, en gros, pour leur demander la permission d’utiliser ces noms et ils ont dit oui.”
Mais la nouvelle étude ne se contente pas d’étayer les théories sur la matière noire ou d’expliquer les observations récentes. Elle fait des prédictions spécifiques sur ce que les astronomes observateurs devraient voir en continuant à observer le ciel.
“Nous faisons une prédiction selon laquelle 30% des galaxies massives devraient avoir au moins un satellite sans matière noire”, a déclaré le Dr Moreno. “Il y a quelques semaines, nous avons lancé le JWST, le télescope spatial James Webb, et c’est un instrument idéal pour que les gens aillent observer d’autres galaxies massives et voir s’ils peuvent trouver des satellites comme celui-ci.”
