Après avoir suscité à la fois des éloges et du scepticisme, l'équipe d'astronomes qui a découvert NGC 1052-DF2 - la toute première galaxie connue à contenir peu ou pas de matière noire - est de retour avec des preuves plus solides de sa nature bizarre.

La matière noire est un mystère, substance invisible qui domine généralement la composition des galaxies; trouver un objet qui manque de matière noire est sans précédent, et est venu comme une surprise complète.

"S'il y a un objet, tu as toujours une petite voix au fond de ta tête disant, « Mais et si vous vous trompiez ? » Même si nous avons fait toutes les vérifications auxquelles nous pouvions penser, nous craignions que la nature ne nous ait jetés en l'air et ait conspiré pour que quelque chose ait l'air vraiment spécial alors que c'était vraiment quelque chose de plus banal, " a déclaré le chef d'équipe Pieter van Dokkum, Professeur d'astronomie de la famille Sol Goldman à l'Université de Yale.

Maintenant, L'équipe de van Dokkum n'en a pas, mais deux, de nouvelles études à l'appui de leurs premières observations, démontrant que la matière noire est en fait séparable des galaxies.

Les membres de l'équipe comprennent Roberto Abraham, Professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'Université de Toronto, Aaron Romanowsky, Professeur agrégé de physique et d'astronomie à l'Université d'État de San José, Charlie Conroy, Professeur d'Astronomie à l'Université Harvard, et Shany Danieli, un étudiant diplômé de l'Université de Yale.

« Le fait que nous voyions quelque chose de complètement nouveau est ce qui est si fascinant, " dit Danieli, qui a repéré la galaxie pour la première fois il y a environ deux ans. "Personne ne savait que de telles galaxies existaient, et la meilleure chose au monde pour un étudiant en astronomie est de découvrir un objet, que ce soit une planète, une étoile, ou une galaxie, dont personne ne savait ou n'avait même pensé."

Dans la première étude, l'équipe a confirmé ses premières observations de NGC 1052-DF2, ou DF2 en abrégé, qui montrent que la matière noire est pratiquement absente dans la galaxie. Utilisation du Keck Cosmic Web Imager (KCWI) de l'observatoire W. M. Keck, ils ont rassemblé des mesures plus précises et ont découvert que les amas globulaires à l'intérieur de la galaxie se déplacent effectivement à une vitesse compatible avec la masse de la matière normale de la galaxie. S'il y avait de la matière noire dans DF2, les grappes se déplaceraient beaucoup plus rapidement.

"KCWI est unique en raison de la combinaison de sa grande zone d'enquête, " a déclaré l'auteur principal Danieli. " L'instrument nous permet non seulement de voir toute la galaxie à la fois, sa haute résolution spectrale nous permet également de mesurer la masse avec précision. Il n'y a aucun autre instrument au monde qui possède ces deux propriétés !"

Dans la deuxième étude, l'équipe a utilisé le spectromètre imageur à basse résolution (LRIS) de l'observatoire Keck pour trouver une autre galaxie dépourvue de matière noire, nommé NGC 1052-DF4, ou DF4 en abrégé.

"Découvrir une deuxième galaxie avec très peu ou pas de matière noire est tout aussi excitant que la découverte initiale de DF2, " a déclaré van Dokkum, qui est l'auteur principal de l'article DF4. "Cela signifie que les chances de trouver plus de ces galaxies sont maintenant plus élevées que nous ne le pensions auparavant. Puisque nous n'avons pas de bonnes idées sur la façon dont ces galaxies se sont formées, J'espère que ces découvertes encourageront davantage de scientifiques à travailler sur ce puzzle."

Les résultats de l'équipe sont publiés dans The Lettres de revues astrophysiques ; la première étude paraît dans le numéro d'aujourd'hui, tandis que la deuxième étude paraît dans le numéro du 20 mars.

Comme DF2, DF4 appartient à une classe relativement nouvelle de galaxies appelées galaxies ultra-diffuses (UDG). Ils sont aussi gros que la Voie lactée mais ont entre 100 et 1000 fois moins d'étoiles, les faisant paraître moelleux et translucides, donc difficile à observer.

Ironiquement, le manque de matière noire dans ces UDG renforce la théorie de la matière noire. Cela prouve que la matière noire est une substance qui n'est pas couplée à la matière "normale", car les deux peuvent être trouvés séparément. La découverte de ces galaxies est difficile à expliquer dans les théories qui modifient les lois de la gravité à grande échelle comme alternative à l'hypothèse de la matière noire.

Cette découverte choquante a suscité quelques critiques lorsque l'équipe a annoncé ses résultats pour la première fois en mars 2018.

"C'était parfois un peu stressant, " a déclaré van Dokkum. " D'une part, c'est ainsi que le processus scientifique est censé fonctionner; vous voyez quelque chose d'intéressant, d'autres ne sont pas d'accord, vous obtenez de nouvelles données, et à la fin vous en apprenez plus sur l'univers. D'autre part, bien que la majorité des critiques aient été constructives et polies, tous ne l'étaient pas. Chaque fois qu'une nouvelle critique sortait, nous devions nous démener et déterminer si nous avions raté quelque chose."

Van Dokkum dit qu'il est fier de son équipe pour s'être mobilisée dans ces moments difficiles. Leur travail acharné a payé, avec l'univers coopérant et donnant plus de raisons de rechercher d'autres UDG comme DF2 et DF4.

Danieli mène une enquête sur une vaste zone avec le Dragonfly Telephoto Array (DTA) pour rechercher plus d'exemples de manière systématique, puis observez à nouveau les candidats à l'aide des télescopes Keck.

"Nous espérons découvrir ensuite à quel point ces galaxies sont communes et si elles existent dans d'autres régions de l'univers, " a déclaré Danieli. "Nous voulons trouver plus de preuves qui nous aideront à comprendre comment les propriétés de ces galaxies fonctionnent avec nos théories actuelles. Notre espoir est que cela nous fera faire un pas de plus dans la compréhension de l'un des plus grands mystères de notre univers - la nature de la matière noire."