mercredi 14 novembre 2018

Découverte d'une galaxie fantôme autour de la Voie Lactée


Les données astrométriques de Gaïa ont permis d'identifier la présence d'une grosse galaxie satellite de notre Galaxie, mais contenant extrêmement peu d'étoiles et donc quasi indétectable. Cette grosse galaxie naine pose pas mal de questions.




Elle se nomme Antlia 2 (ou plus rapidement Ant 2). Elle a une taille d'environ un tiers de celle de notre Galaxie et s'y trouve en orbite comme de nombreuses autres galaxies naines comme les Nuages de Magellan, à une distance de 129 kpc (420 000 a.l). Si elle n'a jamais été détectée avant, c'est parce que sa luminosité est très très faible, et qu'elle se situe de l'autre côté du bulbe de notre Galaxie par rapport au Soleil. Ant 2 s'étend sur environ 20 000 années-lumière, autant que la Grand Nuage de Magellan (LMC). Mais sa luminosité est tout autre : elle est 4000 fois moins brillante que le LMC, ce qui indique qu'elle possède autant moins d'étoiles. Les chercheurs l'ont trouvée en étudiant des étoiles de type RR Lyrae dans les données de Gaïa, des étoiles connues pour peupler préférentiellement les galaxies naines, des étoiles vieilles et pauvres en métaux. Ils ont complété leur découverte par des observations avec le télescope australien AAT (Anglo-Australian Telescope) qui leur a donné la preuve qu'il s'agissait bien d'étoiles situées dans la même structure avec un mouvement cohérent : une vitesse d'ensemble de 291 km/s et une dispersion de vitesse interne des étoiles de 5,7 km/s. Ils ont également pu estimer la masse de Ant 2 : 130 millions de masses solaires, ainsi que son ratio relatif masse/luminosité : 495 (valeur relative au ratio masse/luminosité solaire). Ce ratio est assez typique de ce qu'on trouve dans les galaxies naine, mais sa masse totale relativement faible et la taille démesurée de cette galaxie naine impliquent que la densité en matière noire qui la peuple y est bien faible.

Gabriel Torrealba (Academia Sinica de Taipei à Taiwan) et ses collaborateurs, dont l'étude est à paraître dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, nous montrent à quel point Ant 2 est atypique. Les théories actuelles ne permettent en effet pas d'expliquer l'existence d'une telle galaxie, si grande en dimension mais avec si peu d'étoiles et avec une masse invisible aussi diffuse. Une solution envisageable serait que les particules de matière noire, qui doit peupler massivement les galaxies naines, se comportent différemment de la classique matière noire froide du modèle standard qui aurait tendance à s'agglomérer au centre des galaxies. 
En faisant l'hypothèse que le profil de densité de cette matière noire suit le profil habituellement considéré dans le modèle standard cosmologique, le modèle NFW (Navarro/Frenck/White), les astrophysiciens déduisent que Ant 2 est composée d'un halo de matière noire très léger, proche des plus petits halos sombres prédits pour les galaxies naines, ce qui est tout à fait étrange vu la taille de cette naine géante, selon Torrealba et ses collègues. Les astrophysiciens concluent que, même si le profil de densité de la matière noire y était sensiblement différent du profil NFW, par exemple à cause d'effets de rétroaction stellaires ou d'effets de marée induit par la Voie Lactée, le rayon de luminosité de Ant 2 resterait très difficilement réconciliable avec ce qui est observé sur les autres galaxies satellites de la Voie Lactée. 
La position de Ant 2 dans le diagramme taille / luminosité pourrait conduire à penser que finalement les galaxies naines pourraient se former à des niveaux de densité et de luminosité de surface beaucoup plus faible que ce qu'on imaginait et qu'on a observé jusqu'à présent. Ant 2 pourrait alors être ce que Gabriel Torrealba et ses coauteurs appellent le sommet d'un iceberg. Il pourrait exister une vaste population de galaxies naines extrêmement diffuses, bien plus faiblement lumineuses que les petites galaxies satellites qui ont pu être trouvées dans les relevés photométriques des deux dernières décennies. Les données de Gaia vont très vite permettre d'en savoir encore plus sur ces véritables galaxies fantômes un peu mystérieuses.


Source

The hidden giant: discovery of an enormous Galactic dwarf satellite in Gaia DR2
G. Torrealba, V. Belokurov, S. E. Koposov, T. S. Li, M. G. Walker, J. L. Sanders, A. Geringer-Sameth, D. B. Zucker, K. Kuehn, N. W. Evans2 and W. Dehnen
à paraître dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society


Illustration 

Montage illustratif montrant de gauche à droite le grand Nuage de Magellan, la Voie Lactée, et Antlia 2. (V. Belokurov/Marcus et Gail Davies/Robert Gendler)