Une nouvelle théorie sur la nature de la matière noire aide à expliquer pourquoi une paire de galaxies à environ 65 millions d'années-lumière de la Terre contient très peu de matière mystérieuse, selon une étude menée par un physicien de l'Université de Californie, Bord de rivière.

La matière noire est non lumineuse et ne peut pas être vue directement. Pensé pour constituer 85% de la matière dans l'univers, sa nature n'est pas bien comprise. Contrairement à la matière normale, il n'absorbe pas, réfléchir, ou émettre de la lumière, le rendant difficile à détecter.

La théorie dominante de la matière noire, connue sous le nom de matière noire froide, ou MDP, suppose que les particules de matière noire sont sans collision, à part la gravité. Une deuxième théorie plus récente, appelée matière noire à interaction automatique, ou SIDM, propose que les particules de matière noire interagissent d'elles-mêmes à travers une nouvelle force noire. Les deux théories expliquent comment la structure globale de l'univers émerge, mais ils prédisent différentes distributions de matière noire dans les régions internes d'une galaxie. SIDM suggère que les particules de matière noire entrent fortement en collision les unes avec les autres dans le halo interne d'une galaxie, proche de son centre.

Typiquement, une galaxie visible est hébergée par un halo de matière noire invisible - un amas concentré de matière, en forme de boule, qui entoure la galaxie et est maintenu ensemble par des forces gravitationnelles. Observations récentes de deux galaxies ultra-diffuses, NGC 1052-DF2 et NGC 1052-DF4, spectacle, cependant, que cette paire de galaxies contient très peu, si seulement, matière noire, défier la compréhension des physiciens de la formation des galaxies. Les observations astrophysiques suggèrent que NGC 1052-DF2 et NGC 1052-DF4 sont probablement des galaxies satellites de NGC1052.

"On pense généralement que la matière noire domine la masse globale d'une galaxie, " dit Hai-Bo Yu, professeur agrégé de physique et d'astronomie à l'UCR, qui a dirigé l'étude. "Les observations de NGC 1052-DF2 et -DF4 montrent, cependant, que le rapport de leur matière noire à leurs masses stellaires est d'environ 1, ce qui est 300 fois moins que prévu. Pour résoudre l'écart, nous avons considéré que les halos DF2 et DF4 pourraient perdre la majorité de leur masse à cause des interactions de marée avec la galaxie massive NGC 1052. »

À l'aide de simulations sophistiquées, l'équipe dirigée par l'UCR a reproduit les propriétés de NGC 1052-DF2 et NGC 1052-DF4 par enlèvement de matière par les marées (l'enlèvement de matière par les forces de marée galactiques) par NGC1052. Parce que les galaxies satellites ne peuvent pas retenir la masse dépouillée avec leurs propres forces gravitationnelles, il est effectivement ajouté à la masse de NGC 1052.

Les chercheurs ont examiné à la fois les scénarios MDP et SIDM. leurs résultats, Publié dans Lettres d'examen physique , indiquent que SIDM forme des galaxies déficientes en matière noire comme NGC 1052-DF2 et -DF4 beaucoup plus favorablement que CDM, car la perte de masse de marée du halo interne est plus importante et la distribution stellaire est plus diffuse dans le SIDM.

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Yu a expliqué que la perte de masse de marée pourrait se produire dans les halos CDM et SIDM. En MDP, la structure de halo interne est "rigide" et résiliente à l'érosion due aux marées, ce qui rend difficile pour un halo CDM typique de perdre une masse interne suffisante dans le champ de marée pour accueillir les observations de NGC 1052-DF2 et -DF4. En revanche, au SIDM, les auto-interactions de la matière noire pourraient pousser les particules de matière noire des régions intérieures vers les régions extérieures, rendre le halo interne "plus moelleux" et augmenter la perte de masse de marée en conséquence. Plus loin, la distribution stellaire devient plus diffuse.

"Un halo CDM typique reste trop massif dans les régions intérieures même après l'évolution des marées, " dit Yu.

Prochain, l'équipe effectuera une étude plus approfondie du système NGC 1052 et explorera les galaxies nouvellement découvertes avec de nouvelles propriétés dans le but de mieux comprendre la nature de la matière noire.

Le titre du document de recherche est « La matière noire à interaction automatique et l'origine des galaxies ultradiffuses NGC1052-DF2 et -DF4 ».