Une vue au sol du ciel autour des galaxies NGC1052-DF4 et NGC1052-DF2 - une autre galaxie avec peu ou pas de matière noire. NGC1052-DF2 est le prochain sur la liste des mystères galactiques à résoudre du Dr Montes. Photo :ESA/Hubble, Nasa, Digitized Sky Survey 2. Crédit :Davide de Martin
Une galaxie lointaine avec presque aucune matière noire a menacé de briser notre théorie de la formation des galaxies. De nouvelles preuves suggèrent que la galaxie n'est pas une anomalie, mais une victime de vol.
La matière noire, une substance invisible aussi énigmatique que son nom l'indique, est un ingrédient clé pour aider les galaxies à se former et à rester en vie.
Il crée la forte gravité nécessaire pour déclencher la formation des galaxies et garder les galaxies existantes intactes structurellement.
Mais les astronomes sont perplexes depuis la découverte l'année dernière de "NGC1052-DF4", une galaxie stable et à longue durée de vie avec presque pas de matière noire. Comment la galaxie peut-elle exister sans cet ingrédient important ? Nos théories sur la formation des galaxies sont-elles fausses ?
Aujourd'hui, une étude internationale menée par UNSW Sydney suggère que la matière noire était là pour commencer - elle vient d'être volée par un voisin cupide.
"La matière noire n'est pas là parce qu'elle a déjà été enlevée, " dit le Dr Mireia Montes, auteur principal de l'étude et chercheur en astronomie à l'UNSW Science et au Space Telescope Science Institute.
"Nous avons découvert que l'attraction gravitationnelle de la galaxie massive voisine NGC1035 enlève ses étoiles et sa matière noire."
La recherche, publié aujourd'hui dans Le Journal d'astrophysique , explique pourquoi tant de matière noire manque dans la galaxie sans contredire notre compréhension actuelle de la formation des galaxies.
"Quand deux galaxies passent près l'une de l'autre, ils souffrent de l'attraction gravitationnelle l'un de l'autre, ", explique le Dr Montes. "Notre imagerie très profonde a révélé que des étoiles faibles étaient attirées par la plus grande galaxie, une interaction appelée "perturbation des marées".
On retrouve le même phénomène sur Terre :dans notre cas, l'attraction gravitationnelle de la Lune influence les marées océaniques de la Terre. Mais la perturbation des marées peut faire plier et perdre la forme des galaxies, qui ne sont pas aussi solides que la Terre ou la Lune.
Si la théorie de la perturbation des marées est correcte, la petite galaxie NGC1052-DF4 commencera bientôt à montrer plus de signes de détérioration. Il pourrait éventuellement se désintégrer entièrement.
"Le décapage des marées éliminerait un pourcentage important de matière noire avant d'affecter les étoiles, " dit le Dr Montes.
"Si les étoiles commencent à être perturbées maintenant, la majeure partie de la matière noire s'est déjà échappée."
Dr Ignacio Trujillo, co-auteur de l'article et chercheur à l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), dit "Avec le temps, la galaxie finira par être cannibalisée par le grand système qui l'entoure (NGC1035), avec au moins certaines de leurs étoiles flottant librement dans l'espace profond".
Une loupe puissante
Le Dr Montes et ses collègues ont utilisé de puissants télescopes et des techniques d'imagerie en profondeur, y compris des photographies à longue exposition allant jusqu'à 60 heures, pour trouver les faibles indices dans les bords extérieurs de la galaxie.
Ces techniques sont capables d'éclairer des étoiles et des galaxies très sombres, ou ce que les astronomes appellent la "faible luminosité de surface" de l'univers.
A première vue, la galaxie NGC1052-DF4 (au centre) semble intacte. Mais les étoiles faibles quittant la galaxie – illustrées par l'ombrage gris dans cette image couleur composite – révèlent le vol galactique en jeu. NGC1035 est la grande galaxie à sa gauche. Crédit :M. Montes et al.
"Les premiers articles ont montré que la galaxie a une forme symétrique très "détendue", suggérant qu'aucune force extérieure ne le perturbait, " dit le Dr Montes.
"Mais nos images profondes montrent que cette galaxie est en fait affectée par sa galaxie voisine - elle est juste prise au début de l'interaction.
"La partie intérieure de la galaxie garde sa forme, mais l'extérieur, les parties les plus faibles sont là où vous voyez ces « queues de marée » :des étoiles qui ont déjà été séparées de la galaxie. »
Les observations ont été faites à l'aide du télescope IAC80, le Gran Telescopio Canarias, et le télescope spatial Hubble, l'un des plus grands télescopes de l'espace.
Comme la matière noire est une force invisible, elle ne peut être observée que par la façon dont les objets stellaires, comme les étoiles et les galaxies, interagissent avec l'espace qui les entoure.
« L'imagerie ultra-profonde est difficile non seulement à cause du temps énorme dont vous avez besoin pour atteindre de telles profondeurs, mais le traitement extrêmement soigné des données nécessaires à la préservation des structures les plus faibles, " dit M. Raúl Infante-Sainz, doctorat candidat à l'IAC et deuxième auteur de cette étude.
"Nous devions rechercher des caractéristiques 1000 fois plus faibles que le ciel le plus sombre visible sur Terre, " dit le Dr Montes.
Résoudre de nouveaux mystères galactiques
L'observatoire Vera C. Rubin, une installation optique de pointe actuellement en construction au Chili, va bientôt porter les capacités d'imagerie profonde à de nouveaux niveaux.
Le projet principal de l'observatoire sera Legacy Survey for Space and Time (LSST) :une étude d'imagerie sur dix ans qui fournira les images les plus profondes jamais enregistrées du ciel nocturne de l'hémisphère sud.
Professeur Sarah Brough, un astronome à UNSW Science, dirige la participation de l'Australie à ce projet.
« LSST va révolutionner l'astronomie à faible luminosité de surface, transformer notre compréhension de l'évolution des galaxies, " elle dit.
"Il fournira des données d'imagerie extrêmement profondes sur l'ensemble du ciel austral, ce qui sera vital pour le succès des futurs relevés astronomiques australiens et de la science."
La caméra LSST, qui aura à peu près la taille d'une petite voiture, permettra aux chercheurs de détecter des galaxies à faible luminosité de surface. Il sera également capable d'identifier les caractéristiques faibles autour et à l'intérieur des amas de galaxies.
Alors que l'enquête décennale ne démarrera qu'en 2023, les scientifiques attendent avec impatience les opportunités d'exploration galactique.
"Ce travail est un exemple de l'importance d'avoir des images profondes pour comprendre des choses apparemment étranges dans l'Univers, " dit le Dr Montes.
"L'imagerie profonde peut aider à expliquer des mystères qui pourraient autrement rester non résolus."
