Des astrophysiciens ont reconstitué une galaxie naine déchiquetée lors d’une collision avec la Voie lactée, une découverte qui pourrait aider à la recherche de la matière noire. Crédit : Rensselaer Polytechnic Institute
Reconstitution d’une ancienne galaxie naine à l’aide d’un ordinateur. [email protected] ordinateur bénévole.
Pour la première fois, des astrophysiciens ont calculé la masse et la taille originales d’une galaxie naine qui a été déchiquetée lors d’une collision avec la Milky Way billions of years ago. Reconstructing the original dwarf galaxy, whose stars today thread through the Milky Way in a stellar “tidal stream,” will help scientists understand how galaxies like the Milky Way formed, and could aid in the search for dark matter in our galaxy.
“We’ve been running simulations that take this big stream of stars, back it up for a couple of billion years, and see what it looked like before it fell into the Milky Way,” said Heidi Newberg, a professor of physics, astrophysics, and astronomy at Rensselaer Polytechnic Institute. “Now we have a measurement from data, and it’s the first big step toward using the information to find dark matter in the Milky Way.”
Billions of years ago, the dwarf galaxy and others like it near the Milky Way were pulled into the larger galaxy. As each dwarf galaxy coalesced with the Milky Way, its stars were pulled by “tidal forces,” the same kind of differential forces that make tides on Earth. The tidal forces distorted and eventually ripped the dwarf galaxy apart, stretching its stars into a tidal stream flung across the Milky Way. Such tidal mergers are fairly common, and Newberg estimates that “immigrant” stars absorbed into the Milky Way make up most of the stars in the galactic halo, a roughly spherical cloud of stars that surrounds the spiral arms of the central disk.
Critically, the position and velocities of the tidal stream stars carry information about the Milky Way’s gravitational field.
La reconstruction de la galaxie naine est une tâche de recherche qui combine des données provenant de relevés d’étoiles, de la physique et de l’étude de Newberg. [email protected] La reconstruction de la galaxie naine est une tâche de recherche qui combine des données provenant de relevés d’étoiles, de la physique et du superordinateur distribué de Newberg, qui exploite 1,5 pétaflops – une mesure de la vitesse de traitement des ordinateurs – de la puissance des ordinateurs domestiques donnés par des volontaires. Cette grande puissance de traitement permet de simuler la destruction d’un grand nombre de galaxies naines de formes et de tailles différentes, et d’identifier le modèle qui correspond le mieux au courant d’étoiles que nous observons aujourd’hui.
“C’est un problème énorme, et nous le résolvons en exécutant des dizaines de milliers de simulations différentes jusqu’à ce que nous en obtenions une qui corresponde réellement. Et cela demande beaucoup de puissance informatique, que nous obtenons avec l’aide de volontaires du monde entier qui font partie de l’équipe de recherche de l’Institut. [email protected]Nous avons recours à la force brute, mais étant donné la complexité du problème, je pense que cette méthode a beaucoup de mérite”.
Comme publié le 17 février 2022 dans The Astrophysical Journall’équipe de Newberg estime la masse totale de la galaxie originelle dont les étoiles forment aujourd’hui le courant Orphan-Chenab à 2×107 fois la masse de notre soleil.
Cependant, on estime que seul un peu plus de 1% de cette masse est constitué de matière ordinaire comme les étoiles. Le reste est supposé être une substance hypothétique appelée matière noire qui exerce une force gravitationnelle, mais que nous ne pouvons pas voir car elle n’absorbe ni ne dégage de lumière. L’existence de la matière noire expliquerait l’écart entre l’attraction gravitationnelle de la masse de la matière que nous pouvons voir et l’attraction bien plus importante nécessaire pour expliquer la formation et le mouvement des galaxies. On estime que l’attraction gravitationnelle de la matière noire représente jusqu’à 85 % de la matière de l’univers, et les courants de marée des étoiles qui sont tombées dans des galaxies naines pourraient être utilisés pour déterminer où se trouve la matière noire dans notre galaxie.
“Les étoiles à courants de marée sont les seules étoiles de notre galaxie pour lesquelles il est possible de connaître leur position dans le passé”, a déclaré le Dr Newberg. “En observant les vitesses actuelles des étoiles le long d’un courant de marée, et en sachant qu’elles se trouvaient toutes à peu près au même endroit et se déplaçaient à la même vitesse, nous pouvons déterminer à quel point la gravité change le long de ce courant. Et cela nous dira où se trouve la matière noire dans la Voie lactée.”
La recherche trouve également que le progéniteur du courant Orphan-Chenab a moins de masse que les galaxies mesurées à la périphérie de notre galaxie aujourd’hui, et si cette petite masse est confirmée, cela pourrait changer notre compréhension de la façon dont les petits systèmes stellaires se forment et fusionnent ensuite pour former de plus grandes galaxies comme notre Voie lactée.
Le Dr Newberg, experte du halo galactique, est une pionnière dans l’identification des courants de marée stellaires dans la Voie lactée. Un jour, elle espère que [email protected] lui permettra de mesurer plus que les propriétés d’une galaxie naine désintégrée. Idéalement, elle aimerait pouvoir ajuster simultanément de nombreuses galaxies naines, leurs orbites et les propriétés de la Voie lactée elle-même. Cet objectif est compliqué par le fait que les propriétés de notre galaxie changent au cours des milliards d’années qu’il faut pour qu’une petite galaxie tombe et soit déchirée pour créer ces courants de marée.
“En suivant minutieusement la trajectoire des étoiles entraînées dans la Voie lactée, le Dr Newberg et son équipe construisent une image qui nous montre non seulement une galaxie naine détruite depuis longtemps, mais qui nous éclaire également sur la formation de notre galaxie et la nature même de la matière”, a déclaré Curt Breneman, doyen de la Rensselaer School of Science.
Référence : “Estimation de la masse et du profil radial du progéniteur de la galaxie naine du courant Orphan-Chenab”. [email protected]” parEric J. Mendelsohn, Heidi Jo Newberg, Siddhartha Shelton, Lawrence M. Widrow, Jeffery M. Thompson et Carl J. Grillmair, 17 février 2022, The Astrophysical Journal.
DOI : 10.3847/1538-4357/ac498a
A Rensselaer, Newberg a été rejoint dans la recherche par Eric J. Mendelsohn, Siddhartha Shelton, Jeffery M. Thompson. Carl J. Grillmair, de l’Institut de technologie de Californie, et Lawrence M. Widrow, de l’Université Queen’s, ont également contribué à cette découverte. “Estimation de la masse et du profil radial du progéniteur de la galaxie naine du courant Orphan-Chenab à l’aide d’une méthode de calcul de la masse et du profil radial. [email protected]“a été publié avec le soutien de la National Science Foundation, et avec des données provenant du Sloan Digital Sky Survey, de la Dark Energy Camera de l’Observatoire interaméricain de Cerro Tololo, et des archives scientifiques infrarouges de la National Aeronautics and Space Administration/Infrared Processing & ; Analysis Center.