Les astronomes ont découvert une galaxie avec très peu ou pas de masse stellaire. Des galaxies comme celles-ci sont appelées « galaxies noires ». Il contient des nuages de gaz mais très peu d’étoiles, peut-être aucune. C’est la seule galaxie naine noire isolée dans l’univers local.
Toutes les galaxies sont constituées principalement de matière noire. La matière visible, comme les étoiles, le gaz et la poussière, ne représente qu’un petit pourcentage de la masse d’une galaxie. Mais des galaxies comme celle-ci, nommée FAST J0139+4328, sont encore plus extrêmes, et sa faible luminosité suggère qu’il n’y a pas d’étoiles, seulement des nuages de gaz. Les astronomes qui l’ont découverte disent que la galaxie est “sans contrepartie optique”.
Les astronomes ont trouvé la nouvelle galaxie noire avec le radiotélescope sphérique à ouverture de cinq cents mètres (FAST) et le télescope panoramique et le système de réponse rapide (Pan-STAARS). C’est une galaxie récemment découverte et semble à bien des égards être un disque typique galaxie. Mais il a une magnitude extrêmement faible et une masse stellaire faible. “Ces résultats fournissent des preuves observationnelles que FAST J0139 + 4328 est une galaxie naine noire isolée avec un décalage vers le rouge de z = 0,0083. C’est la première fois qu’une galaxie noire isolée est détectée dans l’univers proche », écrivent les chercheurs dans leur article.
L’article de recherche est “Découverte d’une galaxie naine noire isolée dans l’univers proche”. L’auteur principal est Jin-Long Xu de l’Académie chinoise des sciences et de l’Observatoire astronomique national. Ses co-auteurs sont également issus d’institutions scientifiques chinoises.
Un décalage vers le rouge de z = 0,0083 signifie que la galaxie se situe entre environ 1 million et 1,25 million d’années-lumière. C’est un nuage HI isolé, ce qui signifie qu’il s’agit d’un nuage d’hydrogène neutre plutôt que d’hydrogène ionisé ou d’hydrogène moléculaire. Les chercheurs disent qu’il se présente sous la forme d’une galaxie à disque en raison de sa forme et de sa structure en rotation.
La théorie cosmologique moderne explique la relation entre la matière noire et les galaxies. La théorie dit que les halos de matière noire contiennent des galaxies comme si la matière noire fournissait la structure pour que la galaxie se forme. Le halo enveloppe tout le disque galactique et s’étend au-delà du bord de la galaxie visible. Les astronomes ne peuvent pas voir la matière noire, mais ils en déduisent son existence en raison de ses effets sur les objets qui l’entourent. Les halos jouent un rôle critique dans la formation et l’évolution des galaxies selon nos modèles actuels.
Les galaxies sombres comme celle-ci sont bizarres. Les astronomes pensent que leur gaz n’a pas réussi à former des étoiles. C’est pourquoi les astronomes pensent qu’ils sont essentiels pour comprendre comment les galaxies se forment et évoluent. “De plus, la découverte des galaxies noires est cruciale pour comprendre la formation des galaxies, car les galaxies noires riches en gaz peuvent refléter le stade le plus précoce de la formation des galaxies”, expliquent les auteurs.
Cette galaxie naine noire et d’autres semblables pourraient également aider à résoudre un problème de cosmologie. Le modèle Cold Dark Matter (CDM) prédit qu’il devrait y avoir plus de galaxies naines que les astronomes n’ont pu en observer. C’est ce qu’on appelle le problème des satellites manquants ou le problème des galaxies naines.
La Voie lactée compte 11 galaxies naines et le groupe local en compte environ 38, selon les observations. Mais les simulations de matière noire montrent qu’il devrait y avoir environ 500 galaxies naines en tant que satellites de la seule Voie lactée. Des galaxies naines noires comme celle-ci pourraient combler cette lacune et renforcer notre compréhension de la matière noire et du cosmos lui-même.
Alors que les galaxies naines sombres comme celle-ci sont définitivement excentriques, elles ne sont pas les seules. Les astronomes ont également trouvé des galaxies qui contiennent peu ou pas de matière noire, bien que cette découverte soit encore controversée.
En 2018, une équipe de chercheurs a publié un article intitulé « Une galaxie dépourvue de matière noire » dans Nature. NGC 1052 est un groupe de galaxies, et les auteurs de l’article de 2018 ont identifié une galaxie ultra-diffuse nommée NGC 1052 DF2. “NGC1052-DF2 démontre que la matière noire n’est pas toujours couplée à la matière baryonique à l’échelle galactique”, ont écrit les auteurs de cet article. Un article ultérieur publié en 2019 a annoncé la détection d’une autre galaxie ultra-diffuse sans matière noire dans la même région nommée NGC 1052 DF4.
Dans la conclusion de leur article, les auteurs expliquent l’importance de trouver une galaxie naine noire.
“C’est la première fois qu’une galaxie noire isolée riche en gaz est détectée dans l’univers voisin”, écrivent-ils. “De plus, une galaxie est supposée se former à partir de gaz, qui se refroidit et se transforme en étoiles au centre de
une auréole. FAST J0139 + 4328 a un disque de gaz en rotation et est dominé par la matière noire mais est sans étoile, ce qui implique que cette galaxie noire peut être au stade le plus précoce de la formation de la galaxie.
Ces galaxies naines noires n’ont peut-être tout simplement pas assez de matière noire pour retenir leur gaz. Il se peut que la quantité de gaz soit trop faible pour déclencher l’instabilité de Toomre dans le disque en rotation de la galaxie. Sans étoiles, ces galaxies naines noires sont extrêmement faibles et difficiles à détecter. Ils ne peuvent être détectés qu’en recherchant l’hydrogène neutre (HI) plutôt que par rayonnement électromagnétique. Pour en trouver plus, nous avons besoin de plus d’enquêtes HI.
“Les futures enquêtes aveugles HI avec une sensibilité élevée et une résolution à haute vitesse devraient contribuer considérablement à notre compréhension de l’absence de galaxies ultra-faibles”, concluent les auteurs.
