Des galaxies naines complètement invisibles mais encore détectables

Certains objets ne brillent pas suffisamment pour être observables facilement. C’est le cas des galaxies dites naines ou satellites, très petites et très peu lumineuses. On ne peut voir la lumière de leurs étoiles que lorsqu’elles se trouvent à proximité de nous. 

Dans le groupe Local auquel notre galaxie appartient, nous n’avons pas pu observer autant de galaxies naines que ce qu’on aurait dû d’après les modèles de formation des galaxies. Cette non observation commençait à mettre un doute dans l’esprit des astrophysiciens spécialistes des galaxies.

Il fallait donc pouvoir en observer ailleurs, plus loin autour de galaxies plus distantes de nous. Oui, mais comment faire étant donné leur très faible luminosité ? 

Vegetti et al ont eu l’idée d’utiliser à nouveau le phénomène de lentille gravitationnelle pour trouver des galaxies naines lointaines, et plus exactement leur masse. Cette équipe s’est attelée à observer une galaxie distante appelée JVAS B1938+666, qui se trouve produire un bel effet de lentille gravitationnel sous la forme d’un anneau d’Einstein produit par la déformation complète de l’image d’une autre galaxie encore plus lointaine, située en arrière-plan de cette galaxie lentille.

C’est grâce au télescope Keck de 10 m et son optique adaptative qu’ils ont pu parvenir à déterminer la distribution de masse de la galaxie-lentille, par l’utilisation d’algorithmes numériques très avancés. Ils en déduisent également quelle est la forme réelle ainsi que la luminosité de la galaxie déformée.

Et que dit la distribution de masse ? Elle montre qu’il existe un excès de masse - et elle permet de le cartographier – qui ne peut pas appartenir à la galaxie-lentille. Ils attribuent cet excès à une galaxie naine satellite, invisible car trop faible, mais bien là.

C’est la première fois qu’une galaxie naine peut être mise en évidence à une distance si lointaine (10 milliards d'années lumières). Cette galaxie satellite est estimée faire 113 millions de masses solaires pour un diamètre de 2000 années-lumière, ce qui la place définitivement dans la catégorie des galaxies satellite, même si sa masse est beaucoup plus faible que d’autres galaxies satellites (plus proches) découvertes récemment.

Cette galaxie satellite doit être mise en regard avec la petite cinquantaine que l’on connaît déjà dans votre voisinage du groupe Local et qu’on peut observer visuellement. A partir des mesures de vitesse de leurs étoiles, ces galaxies naines montrent qu’elles sont largement dominées par une composante massive non visible, de la matière noire. Et c’est aussi à cause de cette forte masse (vraiment invisible) que la galaxie satellite de  JVAS B1938+666 a pu être détectée par la modification de son effet de lentille gravitationnelle…

Mais les simulations qui sont basées sur les modèles de formation de galaxies impliquant une grande quantité de matière noire dite « froide », montrent qu’il devrait exister bien d’avantage de galaxies satellites dominées par la matière noire dans le groupe Local, que ce qui est actuellement observé. Le modèle est –il erroné ? Le groupe Local est-il particulier ?

C’est dans ce questionnement que la découverte de Vangetti et al. apparaît importante puisqu’elle permet de fournir des informations sur un autre environnement que celui des galaxies proches du groupe Local, et permet d’ores et déjà de conforter le modèle impliquant la matière noire froide.

Elle montre également que de telles mises en évidence – pas si évidentes- sont possibles, ce qui permet d’envisager, si des observations de ce type se multiplient, d’améliorer grandement notre connaissance sur l’origine de la prédominance de la matière noire dans les galaxies, quelle que soit leur taille.