MAUNAKEA, Hawaii, des astronomes utilisant l’observatoire W. M. Keck sur le Maunakea, dans l’île d’Hawaï, ont découvert la troisième galaxie connue qui semble ne contenir aucune matière noire, approfondissant le mystère de la formation de tels objets et renforçant l’hypothèse selon laquelle la matière noire serait une substance physique réelle.
La galaxie, désignée DF9, est une faible galaxie naine située à environ 45 millions d’années-lumière (14 mégaparsecs) de la Terre. Elle appartient à une remarquable structure linéaire de sept galaxies qui pourraient s’être formées lors d’une seule collision violente entre des galaxies plus grandes. Une telle alignement de galaxies sans matière noire n’a jamais été observé auparavant.
« Cette ligne de galaxies dépourvues de matière noire n’a jamais été observée auparavant », a déclaré Michael Keim, doctorant à l’université Yale et auteur principal de l’étude publiée le 16 juin dans The Astrophysical Journal. « Cette découverte apporte l’une des preuves les plus solides que ces galaxies se sont formées par un processus extrême et jamais observé auparavant, et offre une nouvelle fenêtre rare sur la nature même de la matière noire. »
DF9 rejoint DF2 et DF4 en tant que seules galaxies connues dont la masse provient entièrement de matière visible : étoiles, gaz et poussière. À l’aide du Keck Cosmic Web Imager (KCWI), Keim et son équipe ont mesuré les mouvements des étoiles au sein de DF9 pour calculer sa masse. Ils ont constaté qu’elle est d’environ 100 millions de masses solaires, ce qui correspond entièrement à la quantité de matière visible présente. Une galaxie normale de taille similaire aurait environ 100 fois plus de masse en raison de la matière noire.
« La précision exceptionnellement élevée du KCWI nous a permis de mesurer la masse extraordinairement faible de DF9 avec l’exactitude nécessaire pour démontrer son absence de matière noire », a déclaré Keim.
Les trois galaxies partagent un point commun. Toutes ont été découvertes dans la même région du ciel près du groupe de galaxies NGC 1052, et DF2 et DF4 ont été précédemment étudiées par le professeur de Yale Pieter van Dokkum à l’aide du télescope spatial Hubble. DF9 avait été initialement mal classée comme un possible trou noir avant que Keim ne la réidentifie comme une faible galaxie naine.
Ces découvertes ont des implications importantes pour deux grands débats en cosmologie. Premièrement, elles remettent en cause le modèle standard de formation des galaxies, selon lequel toutes les galaxies se forment au sein de halos massifs de matière noire. L’existence de galaxies sans matière noire suggère qu’un mécanisme de formation différent pourrait être à l’œuvre, possiblement une collision galactique à grande vitesse qui aurait arraché les nuages de gaz formant des étoiles à leurs halos de matière noire.
Deuxièmement, la découverte renforce l’idée que la matière noire est une substance physique réelle plutôt qu’une manifestation de théories modifiées de la gravité. Les théories modifiées de la gravité ont été le plus vigoureusement débattues à l’échelle des galaxies naines, où ces observations pèsent le plus lourd.
« Cette découverte fournit une preuve convaincante que la matière noire se comporte comme une substance physique plutôt que comme l’effet d’une théorie alternative de la gravité, en particulier à l’échelle des galaxies naines où ces théories sont le plus fortement débattues », a déclaré van Dokkum.
L’équipe mène actuellement des observations de suivi avec le télescope Mothra, cofondé par van Dokkum, et d’autres observatoires. Leur objectif est de détecter tout gaz résiduel dans la région, ce qui aiderait à confirmer que les galaxies sans matière noire se sont formées à la suite d’une collision cataclysmique.
Si cela est confirmé, la structure linéaire de sept galaxies représenterait une toute nouvelle classe d’objets cosmiques : une traînée de galaxies nées d’un seul événement violent, chacune dépourvue de la matière noire qui imprègne le reste de l’univers.
Traduit par Lydie