La matière noire représente environ 85 % de toute la matière de l’univers. Bien que la matière ordinaire absorbe, réfléchisse et émette de la lumière, la matière noire ne peut pas être vue directement, ce qui rend sa détection difficile. Son existence est déduite de ses effets gravitationnels sur la matière visible, la matière qui forme les étoiles, les planètes et d'autres objets du cosmos.

Les galaxies sont constituées de ces deux types de matériaux. La matière noire est distribuée dans des halos, qui sont d'immenses structures entourant les galaxies, tandis que la matière ordinaire est principalement présente dans les régions centrales où se trouvent la plupart des étoiles.

Traditionnellement, les études observationnelles de l’évolution galactique se sont concentrées sur le rôle de la matière ordinaire, même si celle-ci ne représente qu’une petite fraction de la masse d’une galaxie. Depuis des décennies, des prédictions théoriques ont été faites sur l’effet que la matière noire devrait avoir sur l’évolution des galaxies. Cependant, malgré de nombreux efforts, il n'y a pas de consensus clair à ce sujet.

Aujourd’hui, des recherches menées par une équipe de l’IAC ont réussi à confirmer, pour la première fois grâce à des observations, l’effet de la matière noire sur l’évolution des galaxies. Les travaux sont publiés dans la revue Nature Astronomy .

"La matière noire a un effet évident sur les galaxies car nous pouvons la mesurer, mais l'effet sur l'évolution des galaxies que nous avons découvert est quelque chose qui avait été proposé, même si nous ne disposions pas de technique pour l'étudier par observation", explique Laura. Scholz Díaz, chercheur pré-doctoral à l'IAC et premier auteur de l'article.

Pour étudier l'effet de la matière noire, l'équipe s'est concentrée sur la différence entre la masse des étoiles dans une galaxie et la masse qui peut être déduite de sa rotation, appelée masse dynamique totale.

La recherche a montré que l'âge, la teneur en métaux, la morphologie, le moment cinétique et la vitesse de formation des étoiles dépendent non seulement de la masse de ces étoiles, mais aussi de la masse totale, ce qui implique d'inclure la matière noire. ce qui correspond aux estimations de la masse du halo.

"Nous avons vu que dans les galaxies à masses d'étoiles égales, leurs populations stellaires se comportent différemment selon que le halo contient plus ou moins de matière noire, autrement dit, l'évolution d'une galaxie, depuis sa formation jusqu'à l'heure actuelle est modifiée. par le halo dans lequel elle est contenue, si elle a un halo plus ou moins massif, l'évolution de la galaxie dans le temps sera différente, et cela se reflétera dans les propriétés des étoiles qu'elle contient", ajoute Ignacio Martín. Navarro, chercheur de l'IAC et co-auteur de l'article

À l'avenir, l'équipe prévoit de mesurer des populations stellaires à différentes distances du centre de la galaxie et de montrer si cette dépendance des propriétés des étoiles à l'égard du halo de matière noire se maintient à tous les rayons. Une étape suivante de la recherche permettra d'étudier la relation entre les halos de matière noire et la structure à grande échelle de l'univers.

"Ces halos de matière noire ne sont pas créés seuls, ils sont reliés par des filaments qui font partie d'une structure à grande échelle, appelée toile cosmique", explique Scholz. "La masse du halo semble modifier les propriétés de sa galaxie, mais elle pourrait être le résultat de la position occupée par chaque halo au sein de la toile cosmique. Dans les années à venir, nous voulons voir l'effet de cette structure à grande échelle dans le contexte que nous étudions", explique-t-elle.

Cette étude est basée sur 260 galaxies du CALIFA (Calar Alto Legacy Integral Field Area), un projet international auquel l'IAC participe activement sous la coordination de Jesús Falcón Barroso, un autre co-auteur de l'article.

"Cette étude fournit des informations spectrales et donne une couverture spatiale des galaxies sans précédent", dit-il. "Ces galaxies ont été observées dans une configuration à haute résolution, pour obtenir des mesures détaillées de leurs propriétés cinématiques, ce qui nous a permis d'étudier très précisément les mouvements des étoiles, et ainsi de déduire les masses totales des galaxies."

Plus d'informations : Laura Scholz-Díaz et al, Propriétés baryoniques des galaxies proches à travers la relation de masse dynamique stellaire/totale, Nature Astronomy (2024). DOI :10.1038/s41550-024-02209-8

Fourni par l'Instituto de Astrofísica de Canarias