Galaxies et matière noire vont de pair; vous ne trouvez généralement pas l'un sans l'autre. Ainsi, lorsque les chercheurs ont découvert une galaxie, connu sous le nom de NGC1052-DF2, qui est presque complètement dépourvu de l'étoffe, ils ont été choqués.

"Trouver une galaxie sans matière noire est inattendu car cette invisible, substance mystérieuse est l'aspect le plus dominant de toute galaxie, " a déclaré l'auteur principal Pieter van Dokkum de l'Université de Yale. " Pendant des décennies, nous pensions que les galaxies commençaient leur vie sous la forme de taches de matière noire. Après tout le reste se passe :le gaz tombe dans les halos de matière noire, le gaz se transforme en étoiles, ils s'accumulent lentement, alors vous vous retrouvez avec des galaxies comme la Voie Lactée. NGC1052-DF2 remet en question les idées standard sur la façon dont nous pensons que les galaxies se forment."

La recherche, publié dans le numéro du 29 mars de la revue La nature , amassé des données des observatoires Gemini North et W. M. Keck, tous deux sur Maunakea, Hawaii, le télescope spatial Hubble, et d'autres télescopes dans le monde.

Compte tenu de sa grande taille et de son apparence pâle, les astronomes classent NGC1052-DF2 comme une galaxie ultra-diffuse, un type de galaxie relativement nouveau qui a été découvert pour la première fois en 2015. Les galaxies ultra-diffuses sont étonnamment courantes. Cependant, aucune autre galaxie de ce type encore découverte ne manque autant de matière noire.

"NGC1052-DF2 est une bizarrerie, même parmi cette classe inhabituelle de galaxies, " a déclaré Shany Danieli, un étudiant diplômé de l'Université de Yale dans l'équipe.

Pour scruter encore plus profondément cette galaxie unique, l'équipe a utilisé le Gemini Multi Object Spectrograph (GMOS) pour capturer des images détaillées de NGC1052-DF2, évaluer sa structure, et confirmer que la galaxie n'avait aucun signe d'interactions avec d'autres galaxies.

"Sans les images Gemini disséquant la morphologie de la galaxie, nous aurions manqué de contexte pour le reste des données, " dit Danieli. " Aussi, La confirmation des Gémeaux que NGC1052-DF2 n'interagit pas actuellement avec une autre galaxie nous aidera à répondre aux questions sur les conditions entourant sa naissance."

Van Dokkum et son équipe ont repéré pour la première fois NGC1052-DF2 avec le réseau de téléobjectifs Dragonfly, un télescope sur mesure au Nouveau-Mexique qu'ils ont conçu pour trouver ces galaxies fantomatiques. NGC1052-DF2 s'est distingué par un contraste saisissant lorsque des comparaisons ont été faites entre les images du Dragonfly Telephoto Array et le Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Les images de la libellule montrent un objet "semblable à une goutte" faible, tandis que les données SDSS révèlent une collection de sources ponctuelles relativement brillantes.

En plus des observations Gemini, pour évaluer davantage cette incohérence, l'équipe a disséqué la lumière de plusieurs des sources lumineuses au sein de NGC1052-DF2 à l'aide du spectrographe multi-objets d'imagerie profonde (DEIMOS) et du spectromètre d'imagerie basse résolution (LRIS) de Keck, identifiant 10 amas globulaires. Ces amas sont de grands groupes compacts d'étoiles qui orbitent autour du noyau galactique.

Les données spectrales obtenues sur les télescopes Keck ont ​​révélé que les amas globulaires se déplaçaient beaucoup plus lentement que prévu. Plus les objets d'un système se déplacent lentement, moins il y a de masse dans ce système. Les calculs de l'équipe montrent que toute la masse de la galaxie pourrait être attribuée à la masse des étoiles, ce qui signifie qu'il n'y a presque pas de matière noire dans NGC1052-DF2.

"S'il y a de la matière noire, c'est très peu, " expliqua van Dokkum. " Les étoiles de la galaxie peuvent représenter toute la masse, et il ne semble pas y avoir de place pour la matière noire."

"Keck fait partie d'un très petit groupe de télescopes qui pourraient même tenter ces observations, parce que vous avez besoin d'un grand télescope pour mesurer ces vitesses précises, " a ajouté van Dokkum. " Keck possède également certains des meilleurs spectrographes au monde pour mesurer les vitesses d'objets faibles. Nous avons eu l'occasion de vérifier et de nous assurer que nous obtenions le même résultat dans les incertitudes, et cela nous a donné confiance que nous faisions les choses correctement."

Les résultats de l'équipe démontrent que la matière noire est séparable des galaxies. "Cette découverte montre que la matière noire est réelle - elle a sa propre existence séparée des autres composants des galaxies, " a déclaré van Dokkum.

Les amas globulaires et la structure atypique de NGC1052-DF2 ont rendu perplexes les astronomes cherchant à déterminer les conditions dans lesquelles cette galaxie s'est formée.

"C'est comme si vous preniez une galaxie et que vous n'aviez que le halo stellaire et les amas globulaires, et il a en quelque sorte oublié de faire tout le reste, " a déclaré van Dokkum. "Il n'y a aucune théorie qui a prédit ces types de galaxies. La galaxie est un mystère complet, car tout y est étrange. Comment vous faites pour former l'une de ces choses est complètement inconnu."

Cependant, les chercheurs ont des idées. NGC1052-DF2 réside à environ 65 millions d'années-lumière dans une collection de galaxies dominée par la galaxie elliptique géante NGC 1052. La formation des galaxies est turbulente et violente, et van Dokkum suggère que la croissance de la galaxie massive naissante il y a des milliards d'années a peut-être joué un rôle dans la carence en matière noire de NGC1052-DF2.

Une autre idée est qu'un événement cataclysmique dans la galaxie bizarre, comme la naissance d'une myriade d'étoiles massives, balayé tout le gaz et la matière noire, arrêt de la formation des étoiles.

Ces possibilités sont spéculatives, cependant, et n'expliquent pas toutes les caractéristiques de la galaxie observée, ajoutent les chercheurs.

L'équipe poursuit la chasse aux galaxies déficientes en matière noire. Ils analysent les images de Hubble de 23 autres galaxies diffuses. Trois d'entre eux semblent partager des similitudes avec NGC1052-DF2, que van Dokkum prévoit de suivre dans les mois à venir à l'observatoire de Keck.

"Chaque galaxie que nous connaissions avant a de la matière noire, et elles tombent toutes dans des catégories familières comme les galaxies spirales ou elliptiques, " dit van Dokkum. " Mais qu'obtiendriez-vous s'il n'y avait pas de matière noire du tout ? C'est peut-être ce que vous obtiendrez."