Sur le côté gauche, nous voyons les résultats d'une simulation informatique dans laquelle Eridanus II réside dans un « halo » dense de matière noire, comme prévu dans le modèle cosmologique standard. L'amas d'étoiles (en vert) se dissout rapidement dans ce modèle. Nous pouvons, donc, exclure ce modèle puisque nous voyons aujourd'hui un ancien amas d'étoiles survivant dans Eridanus II. Du côté droit, nous voyons une simulation informatique similaire dans laquelle Eridanus II réside dans un « halo » de matière noire de densité beaucoup plus faible. Dans ce modèle, l'amas d'étoiles non seulement survit, mais il atteint une taille qui correspond à l'amas d'étoiles observé dans Eridanus II, marqué par le cercle vert au milieu. Crédit :Image d'observation tirée de Crnojevi et al. 2016 ; image composite réalisée par le Dr Maxime Delorme (Université de Surrey).
Des astrophysiciens de l'Université de Surrey et de l'Université d'Édimbourg ont créé une nouvelle méthode pour mesurer la quantité de matière noire au centre de minuscules galaxies « naines ».
La matière noire constitue la majeure partie de la masse de l'Univers, pourtant il reste insaisissable. Selon ses propriétés, il peut être densément concentré au centre des galaxies, ou plus facilement répartis sur de plus grandes échelles. En comparant la distribution de la matière noire dans les galaxies avec des modèles détaillés, les chercheurs peuvent tester ou exclure différents candidats à la matière noire.
Les contraintes les plus strictes sur la matière noire proviennent des plus petites galaxies de l'Univers, "galaxies naines". Les plus petites d'entre elles ne contiennent que quelques milliers ou dizaines de milliers d'étoiles - des naines dites « ultra-faibles ». De si petites galaxies, trouvé en orbite près de la Voie lactée, sont presque entièrement constitués de matière noire. Si la distribution de la matière noire dans ces minuscules galaxies pouvait être cartographiée, cela pourrait fournir des informations nouvelles et passionnantes sur sa nature. Cependant, étant entièrement dépourvu de gaz et contenant très peu d'étoiles, jusqu'à récemment, il n'existait aucune méthode viable pour effectuer cette mesure.
Dans une étude publiée par le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society ( MNRAS ), une équipe de scientifiques de l'Université de Surrey a développé une nouvelle méthode pour calculer la densité interne de matière noire des galaxies naines, même s'ils n'ont pas de gaz et très peu d'étoiles. La clé de la méthode est d'utiliser un ou plusieurs amas d'étoiles denses en orbite près du centre du nain.
Les amas d'étoiles sont des collections d'étoiles liées gravitationnellement qui orbitent à l'intérieur des galaxies. Contrairement aux galaxies, les amas d'étoiles sont si denses que leurs étoiles se dispersent gravitationnellement les unes des autres, ce qui les fait se dilater lentement. L'équipe de recherche a fait une nouvelle idée clé lorsqu'elle a réalisé que le taux de cette expansion dépend du champ gravitationnel dans lequel l'amas d'étoiles orbite et, donc, sur la distribution de la matière noire dans la galaxie hôte. L'équipe a utilisé une vaste suite de simulations informatiques pour montrer comment la structure des amas d'étoiles est sensible au fait que la matière noire soit densément emballée au centre des galaxies, ou plus facilement distribué. L'équipe a ensuite appliqué sa méthode à la galaxie naine "ultra-faible" récemment découverte, Éridan II, trouver beaucoup moins de matière noire en son centre que de nombreux modèles l'auraient prédit.
Le Dr Filippo Contenta de l'Université de Surrey et auteur principal de l'étude a déclaré :« Nous avons développé un nouvel outil pour découvrir la nature de la matière noire et déjà les résultats sont passionnants. Eridanus II, l'une des plus petites galaxies connues, a moins de matière noire en son centre que prévu. Si des résultats similaires sont trouvés pour un plus grand échantillon de galaxies, cela pourrait avoir des implications de grande envergure sur la nature de la matière noire."
Professeur Mark Gieles, Professeur d'astrophysique à l'Université de Surrey et chercheur principal du projet du Conseil européen de la recherche (ERC) qui a financé le projet, a ajouté:"Nous avons commencé ce projet ERC avec l'espoir que nous pourrions utiliser des amas d'étoiles pour en savoir plus sur la matière noire, donc c'est très excitant que cela fonctionne."
Professeur Justin Read, un co-auteur de l'étude de l'Université de Surrey, " réchauffé" par une violente formation d'étoiles, comme le suggèrent certains modèles numériques récents. Plus alléchant, cependant, est la possibilité est que la matière noire est plus complexe que nous l'avons supposé jusqu'à présent."
Le Dr Jorge Peñarrubia de l'École de physique et d'astronomie de l'Université d'Édimbourg a déclaré :« Ces découvertes donnent un aperçu fascinant de la distribution de la matière noire dans les galaxies les plus dominées par la matière noire de l'Univers, et il y a un grand potentiel pour ce que cette nouvelle méthode pourrait découvrir à l'avenir."
