Une opportunité rare

Les auteurs de l'article pensent également que la nouvelle carte - avec des données supplémentaires et des analyses théoriques - peut fournir un test pour différentes théories sur la nature de la matière noire, comme s'il est constitué de particules, comme la matière ordinaire, et quelles sont les propriétés de ces particules.

"Vous pouvez imaginer que le sillage derrière un bateau sera différent si le bateau navigue dans l'eau ou dans le miel, " a déclaré le co-auteur de l'étude Charlie Conroy, professeur à l'Université Harvard et astronome au Center for Astrophysics. "Dans ce cas, les propriétés du sillage sont déterminées par la théorie de la matière noire que nous appliquons."

Conroy a dirigé l'équipe qui a cartographié les positions de plus de 1, 300 étoiles dans le halo. Le défi s'est posé en essayant de mesurer la distance exacte entre la Terre et une grande partie de ces étoiles :il est souvent impossible de déterminer si une étoile est faible et proche ou brillante et lointaine. L'équipe a utilisé les données de la mission Gaia de l'ESA, qui fournit l'emplacement de nombreuses étoiles dans le ciel mais ne peut pas mesurer les distances aux étoiles dans les régions extérieures de la Voie lactée.

Après avoir identifié des étoiles très probablement situées dans le halo (car elles n'étaient visiblement pas à l'intérieur de notre galaxie ou dans le LMC), l'équipe a recherché des étoiles appartenant à une classe d'étoiles géantes possédant une "signature" lumineuse spécifique détectable par NEOWISE. Connaître les propriétés de base des étoiles sélectionnées a permis à l'équipe de déterminer leur distance par rapport à la Terre et de créer la nouvelle carte. Il trace une région commençant environ 200, 000 années-lumière du centre de la Voie Lactée, ou sur l'endroit où le sillage du LMC devait commencer, et s'étend sur environ 125, 000 années-lumière au-delà.

Conroy et ses collègues ont été inspirés pour rechercher le sillage de LMC après avoir entendu parler d'une équipe d'astrophysiciens de l'Université de l'Arizona à Tucson qui crée des modèles informatiques prédisant à quoi devrait ressembler la matière noire dans le halo galactique. Les deux groupes ont travaillé ensemble sur la nouvelle étude. L'un des modèles de l'équipe Arizona, qui est dans la nouvelle étude, a prédit la structure générale et l'emplacement spécifique du sillage d'étoiles révélés dans la nouvelle carte. Une fois que les données ont confirmé que le modèle était correct, l'équipe a pu confirmer ce que d'autres enquêtes ont également laissé entendre :que le LMC est probablement sur sa première orbite autour de la Voie lactée. Si la plus petite galaxie avait déjà fait plusieurs orbites, la forme et l'emplacement du sillage seraient très différents de ce qui a été observé. Les astronomes pensent que le LMC s'est formé dans le même environnement que la Voie lactée et une autre galaxie voisine, M31, et était sur une très longue première orbite autour de notre galaxie (environ 13 milliards d'années). Sa prochaine orbite sera beaucoup plus courte en raison de son interaction avec la Voie lactée.

"Confirmer notre prédiction théorique avec des données d'observation nous dit que notre compréhension de l'interaction entre ces deux galaxies, y compris la matière noire, est sur la bonne voie, " a déclaré Nicolás Garavito-Camargo, doctorant en astronomie de l'Université d'Arizona, qui a dirigé les travaux sur le modèle utilisé dans le document.

La nouvelle carte offre également aux astronomes une occasion rare de tester les propriétés de la matière noire (l'eau ou le miel fictifs) dans notre propre galaxie. Dans la nouvelle étude, Garavito-Camargo et ses collègues ont utilisé une théorie populaire de la matière noire appelée matière noire froide qui correspond relativement bien à la carte des étoiles observée. Maintenant, l'équipe de l'Université de l'Arizona exécute des simulations qui utilisent différentes théories de la matière noire, pour voir lequel correspond le mieux au sillage observé dans les étoiles.

"C'est un ensemble de circonstances vraiment spéciales qui se sont réunies pour créer ce scénario qui nous permet de tester nos théories sur la matière noire, " dit Gurtina Besla, co-auteur de l'étude et professeur agrégé à l'Université de l'Arizona. "Mais nous ne pouvons réaliser ce test qu'avec la combinaison de cette nouvelle carte et des simulations de matière noire que nous avons construites."