La mesure de distance la plus précise à ce jour de la galaxie ultra-diffuse (UDG) NGC1052-DF2 (DF2) confirme sans l'ombre d'un doute qu'elle manque de matière noire. La distance nouvellement mesurée de 22,1 +/-1,2 mégaparsecs a été obtenue par une équipe internationale de chercheurs dirigée par Zili Shen et Pieter van Dokkum de l'Université de Yale et Shany Danieli, un Hubble Fellow de la NASA à l'Institute for Advanced Study.

« Déterminer une distance précise jusqu'à DF2 a été essentiel pour étayer nos résultats antérieurs, " a déclaré Danieli. " La nouvelle mesure rapportée dans cette étude a des implications cruciales pour estimer les propriétés physiques de la galaxie, confirmant ainsi son manque de matière noire."

Les résultats, Publié dans Lettres de revues astrophysiques le 9 juin 2021, sont basés sur 40 orbites du télescope spatial Hubble de la NASA, avec imagerie par l'Advanced Camera for Surveys et une analyse de la « pointe de la branche de la géante rouge » (TRGB), l'étalon-or pour ces mesures raffinées. En 2019, l'équipe a publié des résultats mesurant la distance au voisin UDG NGC1052-DF4 (DF4) sur la base de 12 orbites de Hubble et d'une analyse TRGB, qui a fourni des preuves convaincantes de l'absence de matière noire. Cette méthode préférée s'étend sur les études de l'équipe de 2018 qui s'appuyaient sur les « fluctuations de la luminosité de la surface » pour mesurer la distance. Les deux galaxies ont été découvertes avec le Dragonfly Telephoto Array à l'observatoire New Mexico Skies.

"Nous avons pris des risques avec nos premières observations Hubble de cette galaxie en 2018, " a déclaré van Dokkum. "Je pense que les gens avaient raison de le remettre en question parce que c'est un résultat tellement inhabituel. Ce serait bien s'il y avait une explication simple, comme une mauvaise distance. Mais je pense que c'est plus amusant et plus intéressant si c'est en fait une galaxie étrange."

En plus de confirmer des résultats de distance antérieurs, les résultats de Hubble ont indiqué que les galaxies étaient situées légèrement plus loin qu'on ne le pensait auparavant, renforçant le cas qu'ils contiennent peu ou pas de matière noire. Si DF2 était plus proche de la Terre, comme le prétendent certains astronomes, il serait intrinsèquement plus faible et moins massif, et la galaxie aurait besoin de matière noire pour expliquer les effets observés de la masse totale.

La matière noire est largement considérée comme un ingrédient essentiel des galaxies, mais cette étude apporte une preuve supplémentaire que sa présence n'est peut-être pas inévitable. Alors que la matière noire n'a pas encore été observée directement, son influence gravitationnelle est comme une colle qui maintient les galaxies ensemble et régit le mouvement de la matière visible. Dans le cas de DF2 et DF4, les chercheurs ont pu expliquer le mouvement des étoiles en se basant uniquement sur la masse stellaire, suggérant un manque ou une absence de matière noire. Ironiquement, la détection de galaxies déficientes en matière noire contribuera probablement à révéler sa nature déroutante et à fournir de nouvelles informations sur l'évolution galactique.

Alors que DF2 et DF4 sont tous deux comparables en taille à la galaxie de la Voie lactée, leurs masses totales ne représentent qu'environ un pour cent de la masse de la Voie lactée. Ces galaxies ultra-diffuses se sont également avérées avoir une grande population d'amas globulaires particulièrement lumineux.

Cette recherche a suscité un grand intérêt scientifique, ainsi qu'un débat énergique parmi les partisans de théories alternatives à la matière noire, comme la dynamique newtonienne modifiée (MOND). Cependant, avec les découvertes les plus récentes de l'équipe, y compris les distances relatives des deux UDG à NGC1052, de telles théories alternatives semblent moins probables. En outre, il y a maintenant peu d'incertitude dans les mesures de distance de l'équipe étant donné l'utilisation de la méthode TRGB. Basé sur la physique fondamentale, cette méthode dépend de l'observation d'étoiles géantes rouges qui émettent un éclair après avoir brûlé leur réserve d'hélium qui se produit toujours à la même luminosité.

"Il y a un dicton qui dit que les réclamations extraordinaires nécessitent des preuves extraordinaires, et la nouvelle mesure de distance soutient fortement notre conclusion précédente selon laquelle DF2 manque de matière noire, " a déclaré Shen. " Il est maintenant temps d'aller au-delà du débat sur la distance et de se concentrer sur la façon dont ces galaxies ont vu le jour. "

Avancer, les chercheurs continueront à chasser plus de ces galaxies étranges, tout en considérant un certain nombre de questions telles que :Comment se forment les UDG ? Que nous disent-ils sur les modèles cosmologiques standards ? Quelle est la fréquence de ces galaxies, et quelles autres propriétés uniques ont-ils? Il faudra découvrir de nombreuses autres galaxies dépourvues de matière noire pour résoudre ces mystères et la question ultime de ce qu'est réellement la matière noire.