dimanche 16 décembre 2018

Une courbe de rotation galactique plate mesurée à 9,7 milliards d'années-lumière


Quelques études récentes indiquaient que des galaxies situées à une époque remontant à 10 milliards d'années semblaient manquer de matière noire et avaient une courbe de rotation décroissante avec la distance de leur centre. Aujourd'hui, une équipe montre la découverte d'un beau contre-exemple, avec la mesure de la courbe de rotation d'une galaxie située à une époque où l'Univers n'avait que 4,1 milliards d'années. La courbe devient plate, et est très similaire avec ce qui est observé dans les galaxies proches riches en matière noire. 




On le sait, la mise en évidence de la présence d'une grande quantité de masse invisible dans les galaxies, que l'on nomme aujourd'hui matière noire, vient de l'observation de la dynamique anormale des étoiles et du gaz dans les disques de galaxies spirales. Alors que leur vitesse de rotation devrait décliner en fonction de la distance du centre si la matière présente correspondait aux étoiles visibles et au gaz, cette vitesse de rotation est systématiquement vue atteindre un plateau avec une vitesse qui reste constante jusqu'à un rayon très grand. La présence d'un halo sphérique de matière invisible, représentant 5 fois plus de masse que celle qui est visible, permet d'expliquer la forme de ces courbes de rotation. 
Patrick Drew (Université du Texas) et son équipe ont trouvé par hasard une galaxie très lointaine, sur laquelle ils ont réussi à mesurer la vitesse de rotation en fonction de la distance à son centre, sa courbe de rotation. Les astronomes américains ont utilisé le télescope Hawaïen Keck et son spectrographe MOSFIRE avec lequel ils cherchaient des galaxies poussiéreuses à forte production stellaire pour comprendre pourquoi ces galaxies produisent des étoiles à un taux si élevé. Et ils sont tombés sur DSFG850.95.
La particularité de cette galaxie qui fabrique 280 étoiles par an et qui est située à environ 9,5 milliards d'années-lumière de trajet lumineux est qu'elle est vue quasiment directement sur la tranche de son disque, avec précisément un angle de 87° ± 2°. Cela a permis à Drew et ses collègues de pouvoir mesurer les décalages spectraux d'une part et d'autre du centre de la galaxie et de pouvoir mesurer la vitesse de rotation en fonction de la distance au centre. 
Les chercheurs, qui publient leur découverte dans The Astrophysical Journal, trouvent une vitesse constante (une courbe plate) entre R=6 kpc et R=14 kpc, qui vaut 285±12 km s−1. Ils sont confortés dans le fait que le champ de vitesse observé est dominé par la rotation grâce à une mesure de la dispersion de vitesse du gaz ionisé (σ0 = 48±4 km s−1) qui est 6 fois inférieure à la vitesse maximale observée.
Cette courbe de rotation leur permet d'estimer une fraction de matière noire tout à fait similaire à ce que l'on observe dans notre Voie Lactée. 
DSFG850.95 possède 38 milliards de masses solaires sous forme d'étoiles, 88,8 milliards de masses solaires sous forme d'hydrogène moléculaire, pour une masse totale (masse dynamique) de 270 milliards de masses solaires.

DSFG850.95 donne donc une preuve solide que dès l'époque aussi lointaine que 9 milliards d'années dans le passé, les galaxies pouvaient contenir une fraction de matière noire semblable à celle qui est observée aujourd'hui. 


Source

Evidence of a Flat Outer Rotation Curve in a Star-bursting Disk Galaxy at z = 1.6
Patrick M. Drew et al.
The Astrophysical Journal, Volume 869, Number 1 (12 december 2018). 


Illustration

Image composite de la galaxie DSFG850.95 , les jeunes étoiles sont vues en bleu par le télescope Hubble et la poussière en rouge par ALMA (Patrick Drew (UT Austin)/STScI/ALMA)

3 commentaires :

Six en ligne Atmo a dit…

Bonjour,

"La présence d'un halo sphérique de matière invisible, représentant 5 fois plus de masse que celle qui est visible, permet d'expliquer la forme de ces courbes de rotation"

"...permet..." ??? j'aurai utilisé le conditionnel, au moins jusqu'à ce qu'on découvre une particule de matière noire.

Dr Eric SIMON a dit…

Et bien, non ;-) La présence d'un halo de matière invisible permet effectivement d'expliquer la forme des courbes de rotation. C'est comme dire :"la modification de la théorie de la gravitation permet d'expliquer la forme des courbes de rotation". Ça ne dit pas que c'est vrai, mais que ça marche.

jean-paul a dit…

Oui stricto sensu, mais ce n'est pas ainsi que le comprend la grande majorité du public et même nombre de scientifiques. Il faudrait plutôt dire "l'hypothèse d'un halo sphérique".
Et découvrir une particule de DM ne suffirait pas ! il faudrait aussi rendre compte de la quantité requise d'une part, et de la distribution requise d'autre part. Et cela pour chaque cas. On présente le halo de DM comme une hypothèse, c'est plutôt une multitude d'hypothèses.