15/03/2015

Découverte de 9 galaxies naines satellites dans l'hémisphère sud

Notre galaxie, la Voie Lactée, possède des satellites, des petites galaxies qui se trouvent en orbite autour d'elle. Les plus connues sont le grand nuage de Magellan et le petit nuage de Magellan, et ce sont aussi les plus grosses. La plupart sont petites, voire très petites. 
Et jusqu'à présent, la majorité des galaxies satellites connues étaient situées dans l'hémisphère nord (même si les deux nuages de Magellan se trouvent dans le sud), mais l'équilibre est aujourd'hui un peu rétabli par la découverte de 9 nouvelles petites galaxies satellites.


Les nuages de Magellan et localisation de 6 des 9 nouvelles galaxies naines découvertes, image avec en premier plan les télescopes auxiliaires de l'observatoire Paranal V. Belokurov, S. Koposov (IoA, Cambridge)
C'est deux équipes d'astronomes, la première à dominante anglaise, de l'université de Cambridge au Royaume-Uni, et la seconde plus internationale (collaboration DES) qui viennent de rendre publique cette découverte dans deux articles soumis à The Astrophysical Journal. C'est la première fois que l'on découvre d'un coup autant de galaxies naines. Ces résultats sont issus de recherches effectuées grâce aux données de la première année d'observation du programme de grand relevé DES (Dark Energy Survey), produit avec une caméra exceptionnelle de 570 mégapixels installée sur le télescope Victor Blanco  au Cerro Tololo Inter-American Observatory dans les andes chiliennes.
On n'avait plus découvert de galaxies naines proches depuis près de 10 ans, lorsqu'en 2005 et 2006, plusieurs dizaines avaient été mises en évidence dans l'hémisphère nord. Ces toutes petites galaxies sont très peu lumineuses : environ 1 milliard de fois moins que la Voie Lactée pour une masse un million de fois plus faible. Quant à leur distance, elle s'étale entre 97 000 années-lumière pour la plus proche et plus d'un million d'années-lumière pour la plus éloignée.
Mais ces candidates au statut de galaxie naine sont si petites que leur nature n'est pas encore certaine. Seules 3 parmi ces 9 sont à coup sûr des galaxies naines, les 6 autres pourraient être ou bien des galaxies naines ou bien des amas globulaires. La différence entre un amas globulaire et une petite galaxie naine serait lié à la présence ou non de matière noire liant gravitationnellement l'ensemble.

Le modèle cosmologique standard prévoit l'existence de nombreuses galaxies naines autour des grandes galaxies, mais leur petitesse et leur faible luminosité les rendent très difficiles à détecter. Les plus petites ne contiennent que quelques milliers d'étoiles seulement... (à comparer aux 200 milliards de la Voie Lactée).
D'après les modèles actuellement dominants, les galaxies naines sont très particulières car elle contiendraient une proportion énorme de matière noire : 99%, et seulement 1% de matière visible. Elles sont donc un laboratoire très intéressant pour la recherche de matière noire et le fait d'avoir trouvé de nouvelles candidates est donc doublement important.

Répartition des galaxies naines et des amas globulaires autour de notre galaxie.
(V. Belokurov, S. Koposov (IoA, Cambridge), 2MASS)
La plus proche galaxie naine découverte est située dans la constellation du Réticule (Reticulum 2), à 97000 années-lumière, et semble en train d'être déchirée par des effets de marée produits par le champ gravitationnel de la Voie Lactée.
La plus lointaine, Eridanus 2, a en outre la particularité de posséder un petit amas globulaire en son sein, ce qui lui confère le titre de galaxie la plus faible contenant un amas globulaire.
Les astronomes sont assez étonnés de trouver ces 9 candidates galaxies naines à proximité des deux nuages de Magellan. Certains pensent que ces galaxies ont pu être en orbite autour des nuages de Magellan et être éjectées par des interactions entre le Grand Nuage et le Petit Nuage de Magellan. D'autres pensent qu'elles pouvaient faire partie d'un vaste groupe de galaxies incluant les nuages de Magellan, et seraient en train de tomber vers notre Galaxie...

Comme de telles galaxies naines sont des objets cruciaux pour mettre en évidence la présence de matière noire, les mêmes équipes qui ont fait cette découverte se sont déjà penché sur l'émission de rayons gamma en provenance de ces galaxies naines, notamment celle qui est la plus proche, Reticulum 2, en braquant vers elle le télescope spatial Fermi-LAT spécialisé dans la détection de rayons gamma. En effet, si la matière noire se trouve sous forme de particules massives qui ont le pouvoir de s'annihiler entre elles, elles doivent produire au final des photons gamma énergétiques, après désintégration des paires de particules-antiparticules produites lors de l'annihilation.

Les résultats de deux équipes différentes viennent d'être publiés en pré-print dans la foulée des articles de la découverte des galaxies naines, et soumis tous les deux à the Astrophysical Journal Letters. Mais leurs résultats sont contradictoires, cette fois! L'une, qui est menée par l'américain Alex Geringer-Sameth avec les anglais, annonce voir un excès de rayons gamma avec une statistique significative, et donc potentiellement un signe indirect de présence de matière noire, et l'autre, dirigée par les collaborations DES et Fermi-LAT, ne voit aucun excès de rayons gamma dans les mêmes données du satellite Fermi-LAT... 
La recherche va donc se poursuivre intensément sur ces nouveaux objets.

Sources : 

Beasts of the Southern Wild. Discovery of a large number of Ultra Faint satellites in the vicinity of the Magellanic Clouds
Sergey E. Koposov et al.
arXiv:1503.02079v2 [astro-ph.GA]
soumis à The Astrophysical Journal

Eight New Milky Way Companions Discovered in First-Year Dark Energy Survey Data
The DES Collaboration, 
arXiv:1503.02584 [astro-ph.GA]
soumis à The Astrophysical Journal

Evidence for Gamma-ray Emission from the Newly Discovered Dwarf Galaxy Reticulum 2
Alex Geringer-Sameth, et al.
arXiv:1503.02320 [astro-ph.HE]
soumis à the Astrophysical Journal Letters

Search for Gamma-Ray Emission from DES Dwarf Spheroidal Galaxy Candidates with Fermi-LAT Data
The Fermi-LAT Collaboration, The DES Collaboration
arXiv:1503.02632 [astro-ph.HE]
soumis à the Astrophysical Journal Letters