Une équipe dirigée par des astronomes de l'Université de Californie, Bord de rivière, a découvert que certaines galaxies naines peuvent aujourd'hui sembler être dépourvues de matière noire, même si elles se sont formées comme des galaxies dominées par la matière noire dans le passé.

Les galaxies qui semblent avoir peu ou pas de matière noire (une matière non lumineuse qui constituerait 85 % de la matière de l'univers) compliquent la compréhension par les astronomes du contenu en matière noire de l'univers. De telles galaxies, qui ont été récemment trouvés dans des observations, défier un modèle cosmologique utilisé par les astronomes appelé Lambda Cold Dark Matter, ou LCDM, où toutes les galaxies sont entourées d'un halo de matière noire massif et étendu.

Les galaxies sans matière noire ne sont pas bien comprises dans la communauté astronomique. Une façon d'étudier les mécanismes de formation possibles de ces galaxies insaisissables - les galaxies ultradiffuses DF2 et DF4 en sont des exemples - est de trouver des objets similaires dans des simulations numériques et d'étudier leur évolution temporelle et les circonstances qui conduisent à leur perte de matière noire.

Jessica Doppel, un étudiant diplômé du département de physique et d'astronomie de l'UC Riverside et le premier auteur d'un article de recherche publié dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society , a expliqué que dans un univers LCDM, toutes les galaxies devraient être dominées par la matière noire.

"C'est le défi, " a-t-elle dit. " Trouver des analogues dans les simulations de ce que voient les observateurs est important et n'est pas garanti. Commencer à cerner les origines de ces types d'objets et de leurs populations d'amas globulaires souvent anormales nous permet de consolider davantage notre cadre théorique de la matière noire et de la formation des galaxies et confirme qu'aucune forme alternative de matière noire n'est nécessaire. Nous avons trouvé que la matière noire froide fonctionne bien."

Pour l'étude, les chercheurs ont utilisé une simulation cosmologique et hydrodynamique appelée Illustris, qui propose un modèle de formation de galaxies incluant l'évolution stellaire, rétroaction de supernova, croissance des trous noirs, et les fusions. Les chercheurs ont découvert que quelques "galaxies naines" en amas avaient un contenu stellaire similaire, nombres d'amas globulaires, et la masse de matière noire sous forme de DF2 et DF4. Comme son nom l'indique, une galaxie naine est petite, comprenant jusqu'à plusieurs milliards d'étoiles. En revanche, la voie Lactée, qui a plus de 20 galaxies naines connues en orbite, a 200 à 400 milliards d'étoiles. Les amas globulaires sont souvent utilisés pour estimer la teneur en matière noire des galaxies, surtout les nains.

Les chercheurs ont utilisé la simulation Illustris pour étudier l'origine de galaxies naines étranges telles que DF2 et DF4. Ils ont trouvé des analogues simulés de naines sans matière noire sous la forme d'objets qui avaient évolué au sein des amas de galaxies pendant longtemps et avaient perdu plus de 90 % de leur matière noire par entraînement par les marées, c'est-à-dire par les forces de marée galactiques. .

"De façon intéressante, le même mécanisme d'arrachement des marées est capable d'expliquer d'autres propriétés des nains comme DF2 et DF4 - par exemple, le fait qu'il s'agisse de galaxies « ultradiffuses », " a déclaré la co-auteur Laura Sales, professeur agrégé de physique et d'astronomie à l'UCR et conseiller diplômé de Doppel. "Nos simulations suggèrent une solution combinée à la fois à la structure de ces naines et à leur faible teneur en matière noire. Peut-être, la perte de masse de marée extrême dans les galaxies naines par ailleurs normales est la façon dont les objets ultradiffus sont formés."

En collaboration avec des chercheurs de l'Institut Max Planck d'Astrophysique en Allemagne, Le groupe des ventes travaille actuellement avec des simulations améliorées qui présentent une physique plus détaillée et une résolution numérique environ 16 fois meilleure que la simulation Illustris.

"Avec ces données, nous pourrons étendre notre étude à des naines de masse encore plus faible, qui sont plus abondants dans l'univers et devraient être plus de matière noire dominée en leurs centres, les rendant plus difficiles à expliquer, " a déclaré Doppel. "Nous explorerons si le décapage par les marées pourrait fournir un moyen d'épuiser les nains de leur contenu de matière noire interne. Nous prévoyons de faire des prédictions sur l'étoile des nains, amas globulaire, et contenu en matière noire, que nous comparerons ensuite aux observations futures.