lundi 25 novembre 2019

19 nouvelles galaxies naines déficientes en matière noire


Il va falloir revoir le processus de formation des galaxies naines... Après la découverte de deux spécimens de galaxies naines manquant cruellement de matière noire en mars 2018 et en mars 2019, qui ont fait couler pas mal d'encre depuis (voir ici et ), c'est pas moins de 19 nouvelles galaxies naines semblant manquer de matière noire qui viennent d'être découvertes par une équipe d'astrophysiciens chinois. Ils publient leurs découvertes aujourd'hui dans Nature Astronomy.




Qi Guo (Académie des Sciences chinoise) et son équipe ne trouvent pas d'explication définitive  sur pourquoi ces galaxies naines manquent de matière noire. Normalement, les galaxies naines, de part leur petite taille, ont un potentiel gravitationnel plus faible que les grosses galaxies et ont du mal à garder leur étoiles et surtout leur gaz. Mais pas leur matière noire. Une galaxie naine "typique" possède donc, en proportion, beaucoup plus de matière noire non baryonique que de matière ordinaire (baryonique, le gaz et les étoiles), en tout cas beaucoup plus qu'une grosse galaxie spirale. 
Il faut rappeler que dans le modèle cosmologique standard, la matière noire conduit la formation des galaxies en creusant les puits de potentiel gravitationnel dans lesquels les galaxies se forment. La fraction de matière baryonique dans les halos sombres peut atteindre presque 16% dans les amas de galaxies massifs et décroit rapidement plus la masse totale décroit. Elle ne doit être plus que de quelques pourcents à peine pour les galaxies naines.

Pour étudier ces petites galaxies, Qi Guo et ses collègues ont évalué la vitesse de rotation du gaz dans les galaxies grâce à des mesures dans le domaine radio avec le radiotélescope d'Arecibo et le relevé ALFALFA (Arecibo Legacy Fast ALFA (Arecibo L-band Feed Array)., ce qui leur donne la masse totale. Les chercheurs ont ensuite combiné la masse d'hydrogène avec la masse des étoiles déduites de la lumière visible pour obtenir le total de la masse de matière baryonique. La différence des deux est la masse de matière noire.
Pour toutes les galaxies de leur échantillon de 324 galaxies naines, la masse totale dépassait la masse baryonique, il y a donc bien une masse manquante, noire. Mais pour 6% d'entre elles, ce qui représente donc 19 galaxies naines, la quantité de matière noire relative paraît très inférieure aux autres cas.  La galaxie nommée AGC 213086 par exemple a une masse totale de 14 milliards de masses solaires, mais contient 3,8 milliards de masses solaires de matière ordinaire (baryonique), soit 27% de la masse totale. Les astrophysiciens s'attendaient à y trouver seulement 2% de matière ordinaire...

Ces 19 galaxies naines étonnamment pauvres en matière noire sont toutes situées environ à 500 millions d'années-lumière et 5 d'entre elles se trouvent au sein ou à proximité de groupes de galaxies. Pour celles-là, il est possible que leur environnement galactique ait agi en "siphonnant" leur matière noire d'une manière ou d'une autre, selon les chercheurs. Mais pour les 14 autres, rien de tel puisqu'il s'agit de galaxies très isolées. Les astrophysiciens chinois estiment que ces galaxies seraient peut-être nées différemment, ou bien des processus internes comme des explosions de supernova auraient modifié leur contenu relatif matière baryonique/matière noire en soufflant le gaz, que la matière noire aurait "suivi" par effet gravitationnel, puis du gaz froid (sans matière noire) se serait écoulé plus tard vers la galaxie, issu de filaments cosmiques. Bref, beaucoup de spéculations à ce stade.

Quoiqu'il en soit, il semble bien qu'il existe une sous-population non négligeable de galaxies naines qui n'est pas comme les autres et cela interroge au minimum sur la diversité jusque là cachée qui est produite par le processus de formation galactique. Mais Qi Guo et ses collaborateurs le concèdent volontiers, il va falloir de nouvelles observations plus approfondies, notamment des études cinématiques spatialement résolues, pour pouvoir mieux contraindre la fraction baryonique dans ces galaxies, et pourquoi pas pour en trouver de nombreuses autres...


Source

Further evidence for a population of dark-matter-deficient dwarf galaxies
Qi Guo, Huijie Hu, Zheng Zheng, Shihong Liao, Wei Du, Shude Mao, Linhua Jiang, Jing Wang, Yingjie Peng, Liang Gao, Jie Wang & Hong Wu
Nature Astronomy (25 november 2019)

Illustration

La galaxie naine NGC 5477 imagée par le télescope Hubble (NASA/ESA)

1 commentaire :

Stéphane Le Corre a dit…

Bonjour,
Il y a quelques temps déjà, dans l’article « Dark matter, a new proof of the predictive power of general relativity » (expliquant la matière noire comme un effet de la seconde composante gravitationnelle des clusters) j'écrivais dans l'abstract (désolé de me citer, ça fait vieux con): “This solution implies testable consequences […] isolation of galaxies without dark matter”. C’est à priori le cas de 14 (des 19) galaxies. 😉 En tout cas cette observation peut laisser entendre que la matière noire est moins liée à la galaxie qu'à son environnement...