Des astrophysiciens chinois ont découvert dans l'Univers proche une toute petite galaxie contenant très peu d'étoiles, une galaxie seulement visible en ondes radio grâce à l'émission de son gaz. C'est la première fois qu'une telle "galaxie sombre" est identifiée dans l'Univers proche. L'étude est parue dans The Astrophysical Journal Letters.
Jin-Long Xu (université de Guizhou) et ses collègues ont découvert ce nuage de gaz pas comme les autres nommé FAST J0139 + 4328 grâce au radiotélescope géant FAST comme son nom l'indique. Mais ils ont combiné leurs données avec celles de Pan-STARRS pour tenter de trouver une contrepartie visible au signal radio caractéristique qu'ils observaient. En vain. Il n'existe aucune contrepartie visible pour ce nuage d'hydrogène qui s'avère avoir toutes les propriétés d'un disque de gaz galactique. Xu et ses collaborateurs montrent que le nuage de gaz détecté via l'émission de la raie HI de l'hydrogène semble être une galaxie à disque typique, puisqu'il a une forme de double pic dans le profil de rayonnement global et une structure de rotation en S dans le diagramme vitesse-position. On pense généralement que les profils H I présentant une forme de double pic sont causés par la courbe de rotation plate d'une galaxie à disque.
Les chercheurs chinois ont validé cette forme de disque en comparant où se situe cette galaxie dans la relation de Tully-Fischer (masse baryonique en fonction de la vitesse de rotation) que suivent les galaxies dominées par le gaz. FAST J0139 + 4328 se trouve cohérente avec la relation, aux incertitudes près. Cette galaxie à disque est remarquable par sa magnitude absolue et sa masse stellaire extrêmement faibles (une masse stellaire estimée inférieure à 690 000 M⊙ !). La masse de gaz totale obtenue à partir de l'intensité de l'émission radio est de 83 ± 17 millions M⊙ , et le rapport masse dynamique (5,1 ± 2,8 milliards M⊙) sur masse baryonique totale (110 ± 30 millions M⊙) est de 47 ± 27, ce qui implique que la matière noire domine largement sur les baryons dans FAST J0139+4328.
Ces résultats de Xu et ses collaborateurs fournissent une preuve observationnelle que FAST J0139 + 4328 est bien ce qu'on appelle une galaxie naine sombre isolée, qui a un décalage vers le rouge de z = 0,0083 (soit une distance de 28,8 ± 2,9 Mpc, ou 94,2 millions d'années-lumière). C'est donc la première fois qu'une galaxie sombre isolée riche en gaz est détectée dans l'univers proche. Or, une galaxie est supposée se former à partir de gaz, qui se refroidit et se transforme en étoiles au centre d'un halo. FAST J0139 + 4328 a un disque de gaz en rotation et est dominé par la matière noire, mais est sans étoile, ce qui implique que cette galaxie noire est peut être au stade le plus précoce de la formation des galaxies.
Mais d'après un modèle antérieur de Taylor & Webster datant de 2005, la majeure partie du gaz dans les galaxies sombres avec des masses baryoniques supérieures à 1 milliard de M⊙ deviendra inévitablement instable et donnera lieu à la formation d'étoiles en l'absence d'un champ de rayonnement interne. Mais avec la masse baryonique de FAST J0139+4328 qui est de 110 ± 30 millions M⊙, on pouvait attendre longtemps avant de la découvrir grâce à ses étoiles.... Xu et ses collègues en concluent que les futurs relevés que peut offrir FAST dans la raie HI de l'hydrogène avec une sensibilité élevée et une bonne résolution devraient considérablement contribuer à notre compréhension de l'absence apparente de galaxies ultra-faibles.
Source
Discovery of an Isolated Dark Dwarf Galaxy in the Nearby Universe
Jin-Long Xu et al.
The Astrophysical Journal Letters, Volume 944, Number 2 (17 february 2023)
Illustration
Identification de FAST J0139 + 4328 par l'émission de la raie HI avec FAST (Xu et al.)
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