L'un des plus grands défis de l'astronomie est de localiser des objets dans l'espace qui sont obscurcis par la lumière du voisinage, objets plus lumineux. En plus de rendre les planètes extra-solaires très difficiles à imager directement, ce problème empiète également sur les relevés de l'Univers local, où les astronomes sont incapables de détecter les galaxies naines et isolées à cause de toutes les plus brillantes qui les entourent.

À cause de ce, les astronomes sont incapables de faire un inventaire complet des petites galaxies dans le volume d'espace entourant la Voie lactée (alias le volume local). Cependant, grâce aux efforts d'un astronome amateur et d'une équipe internationale de scientifiques, une galaxie sphéroïdale naine a récemment été découverte derrière la galaxie d'Andromède. La découverte de cet objet, nommé Donatiello I, pourrait aider les astronomes à en savoir plus sur le processus de formation des galaxies.

L'étude qui décrit ces résultats a récemment été publiée dans la revue Astronomie &Astrophysique . L'équipe de recherche était dirigée par David Martínez-Delgado du Centre d'astronomie de l'Université de Heidelberg, et comprenait des membres de l'Institut de recherche en sciences fondamentales (IPM) de Téhéran, l'Institut national d'astrophysique (INAF), l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), l'Observatoire spécial d'astrophysique en Russie, Nuovo Orione, et de multiples observatoires et universités.

Maintenant, le modèle cosmologique le plus largement accepté (le modèle Lambda-CDM) prédit qu'il existe un grand nombre de petits halos de matière noire dans le volume local, mais on ne sait pas combien d'entre eux sont associés à la matière baryonique (c'est-à-dire les amas d'étoiles et les galaxies naines). En tant que tel, la possibilité de faire un inventaire complet des galaxies naines et isolées aiderait à résoudre cette question et permettrait aux astronomes d'en apprendre davantage sur l'histoire de la formation des galaxies.

Comme l'a dit le Dr Martínez-Delgado Univers aujourd'hui par email:

"Il y a un écart entre le nombre observé de systèmes de faible masse dans le Groupe Local et ses environs et celui prédit dans les simulations cosmologiques. Un recensement complet des galaxies naines est nécessaire pour comprendre l'origine réelle de ce problème, comme par exemple, les ingrédients et les hypothèses dans le calcul des simulations cosmologiques ou le manque d'observations profondes nécessaires pour tracer le système de luminosité de surface le plus faible dans l'univers local. Le recensement des galaxies naines peut éclairer des questions clés sur la formation et l'évolution des galaxies."

Malheureusement, la création d'un tel inventaire pose de nombreux problèmes, dont non le moindre est le fait qu'aucune grande échelle, des levés d'imagerie profonde ont été possibles jusqu'à présent. Alors que les sondages comme le Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ou le PANoramic Survey Telescope And Rapid Response System (PanSTARRs) ont été complets, ils ont des limites de luminosité de surface (~24,5-25 magn/parcsec²) qui sont trop élevées pour détecter des objets plus faibles.

Un autre problème est les limites des relevés radio pour détecter ces galaxies, comme celles réalisées par l'enquête Arecibo Legacy Fast Arecibo L-Band Feed Array (ALFALFA). En utilisant cette méthode, les astronomes recherchent de l'hydrogène gazeux dans les raies spectrales d'objets distants. Mais comme les galaxies à faible luminosité de surface ont une teneur en gaz négligeable, ils n'apparaissent pas dans ces enquêtes.

Comme l'a expliqué Martínez-Delgado, c'est pourquoi le seul moyen de les détecter à l'heure actuelle est l'imagerie ultra-profonde, qui convient bien aux astronomes amateurs :

"C'est-à-dire, la seule façon de les trouver est au moyen d'une imagerie ultra-profonde dans de vastes zones du ciel. Les télescopes amateurs peuvent obtenir une imagerie ultra-profond des galaxies proches ou des champs célestes larges avec une luminosité de surface atteignant la limite de luminosité de surface de 29 mag/sec2 ou plus. Cela offre une nouvelle chance de découverte pour les amateurs dans le domaine de l'évolution des galaxies, un sujet qui n'était pas envisageable pour les amateurs il y a une décennie. La nouvelle génération d'enquêtes à grande échelle (par exemple LSST) aura également un impact considérable sur ce sujet de recherche.

C'est l'un de ces astronomes amateurs qui était responsable de la découverte de la galaxie sphéroïdale naine – un astronome amateur italien nommé Giuseppe Donatiello. À l'aide d'un télescope de 12,7 cm, Donatiello a capturé une mosaïque d'images profondes de la galaxie d'Andromède en 2016, dont le but était de détecter les courants stellaires, galaxies satellites et courants diffus qui avaient été récemment découverts autour d'Andromède.

C'est alors qu'il examinait l'une de ces images (le 3 septembre, 2016), Donatiello a noté la présence d'un objet situé à un degré de l'étoile Mirach (beta Andromedae). Cet objet a ensuite été confirmé par Martínez-Delgado et ses collègues à l'aide d'images d'archives du SDSS, et par des observations de suivi faites le 27 novembre, 2016.

Celles-ci utilisaient le Telescopio Nazionale Galileo (TNG) de 3,58 mètres et le Gran Telescopio Canarias (GTC) de 10,4 mètres, tous deux situés à l'observatoire de l'IAC Roque de Los Muchachos sur l'île de La Palma, Espagne.

Cela a permis à l'équipe de déterminer la distance des galaxies naines par rapport à la Terre, pour résoudre et étudier ses étoiles, et confirmer qu'il s'agissait bien d'une galaxie naine à proximité du Groupe Local. Cette découverte a non seulement démontré l'efficacité des relevés ultra-profonds menés par des astronomes amateurs, il a également une importance immense pour l'étude des galaxies naines à faible luminosité.

"Donatiello I peut être une galaxie isolée qui a arrêté sa formation d'étoiles il y a longtemps, " a déclaré Martínez-Delgado. " Il est difficile de comprendre quel mécanisme était responsable de cette formation d'étoiles éteinte lorsqu'il n'y a pas d'interaction avec une galaxie hôte massive, comme dans le cas de Donatiello I."

A cause de cette découverte, des galaxies naines isolées pourraient servir de laboratoires pour tester les théories de la formation des étoiles dans les systèmes de faible masse. Ce serait d'une immense utilité pour les cosmologistes effectuant des simulations pour mieux comprendre l'histoire de la formation des étoiles dans les galaxies du Groupe Local, ce qui pourrait aider à résoudre les divergences susmentionnées entre l'astronomie d'observation et la cosmologie.

Et comme l'a conclu Martínez-Delgado, la découverte de cette galaxie naine ouvre également des opportunités pour d'autres prospections dans la région :

"Donatiello, je pourrais être l'un des membres les plus brillants d'une grande population isolée, galaxies naines non liées qui restent inconnues autour du groupe local. Une comparaison statistique de ces observations est extrêmement importante pour sonder les prédictions des simulations cosmologiques de pointe. Je pense que sa découverte doit encourager une étude plus systématique de ce type de systèmes à faible luminosité de surface avec des instruments modestes."

Cette découverte est l'une des nombreuses découvertes qui montrent comment les améliorations technologiques et le partage des données offrent de nouvelles opportunités aux astronomes amateurs. Aujourd'hui, les particuliers avec leur propre matériel, les connaissances et l'accès aux bases de données scientifiques peuvent contribuer au processus de découverte.

Et avec des instruments de nouvelle génération regardant plus loin dans le cosmos et plus en détail, nous sommes susceptibles de voir plus d'objets qui étaient auparavant indétectables. Ces découvertes et d'autres nous en apprendront beaucoup sur la façon dont notre Univers est né.