La redéfinition des normes cosmiques : les galaxies naines et l’énigme de la matière noire

Patrick Lesggie

Une nouvelle étude basée sur les données du satellite Gaia révèle que les galaxies naines autour de la Voie lactée sont susceptibles d’être transitoires et pas aussi riches en matière noire que précédemment pensé. Leur récente entrée dans le halo galactique et leur perte rapide de gaz remet en question les croyances existantes sur leur stabilité et leur composition.

Les dernières découvertes du satellite Gaia suggèrent que les galaxies naines sont transitoires et moins influencées par la matière noire que précédemment prévu, remettant en cause les hypothèses de longue date sur leur nature et leur composition.

Naguère considérées comme des satellites durable de notre galaxie, une nouvelle étude laisse maintenant entendre que la plupart des galaxies naines pourraient en fait être détruites peu de temps après leur entrée dans le halo galactique. Grâce au dernier catalogue du satellite Gaia de l’ESA, une équipe internationale a maintenant démontré que les galaxies naines pourraient être en déséquilibre. L’étude pose d’importantes questions sur le modèle cosmologique standard, en particulier sur la prévalence de la matière noire dans notre environnement le plus proche.

On a longtemps supposé que les galaxies naines autour de la Voie lactée étaient des satellites anciens orbitant autour de notre galaxie depuis près de 10 milliards d’années. Cela nécessitait qu’elles contiennent d’énormes quantités de matière noire pour les protéger des énormes effets de marée dus à l’attraction gravitationnelle de notre galaxie. On supposait que la matière noire était responsable des grandes différences observées dans les vitesses des étoiles au sein de ces galaxies naines.

Dwarf Galaxies Around Milky Way

Galaxies naines autour de la Voie lactée. Crédit : ESA/Gaia/DPAC

Nouvelles informations sur la dynamique des galaxies naines

Les dernières données de Gaia ont maintenant révélé une vision complètement différente des propriétés des galaxies naines. Des astronomes de l’Observatoire de Paris – PSL, du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) et de l’Institut Leibniz d’astrophysique de Potsdam (AIP) ont pu dater l’histoire de la Voie lactée, grâce à la relation qui relie l’énergie orbitale d’un objet à son époque d’entrée dans le halo, c’est-à-dire au moment où il a été capturé pour la première fois par le champ gravitationnel de la Voie lactée : les objets arrivés tôt, lorsque la Voie lactée était moins massive, ont des énergies orbitales inférieures à celles des arrivées récentes.

Les énergies orbitales de la plupart des galaxies naines sont étonnamment plus grandes que celles de la galaxie naine du Sagittaire, qui est entrée dans le halo il y a 5 à 6 milliards d’années. Cela implique que la plupart des galaxies naines sont arrivées beaucoup plus récemment, il y a moins de trois milliards d’années.

Vidéo d’une simulation de la transformation d’une galaxie riche en gaz et dominée par la rotation en une galaxie naine sphérique après son entrée dans le halo de la Voie lactée. Ici, un analogue de la galaxie naine Sculpteur est montré, avec le gaz représenté en bleu et les étoiles en orange. Le gaz est dépouillé lorsque la naine est la plus proche de la Voie lactée (distance indiquée dans le coin supérieur droit), entraînant une expansion rapide des étoiles. Le modèle prédit donc une grande enveloppe d’étoiles éloignées autour du reste de la galaxie naine. Cependant, le déclin de la profondeur des observations optiques montre que cette enveloppe d’étoiles est trop faible pour être facilement détectée. Crédit : Jianling Wang, François Hammer

Transformation et perte de gaz dans les galaxies naines

Une arrivée récente de ce type implique que les galaxies naines proches viennent de l’extérieur du halo, où la plupart des galaxies naines contiennent d’énormes réservoirs de gaz neutres. Les galaxies riches en gaz ont perdu leur gaz lorsqu’elles sont entrées en collision avec le gaz chaud du halo galactique. La violence des chocs et de la turbulence dans le processus a complètement changé les galaxies naines. Alors que les galaxies naines autrefois riches en gaz étaient dominées par la rotation du gaz et des étoiles, lorsqu’elles sont transformées en systèmes sans gaz, leur gravité est compensée par les mouvements aléatoires de leurs étoiles restantes.

Les galaxies naines perdent leur gaz dans un processus si violent qu’elles se retrouvent en déséquilibre, ce qui signifie que la vitesse à laquelle leurs étoiles se déplacent n’est plus en équilibre avec leur accélération gravitationnelle. Les effets combinés de la perte de gaz et des chocs gravitationnels dus à la plongée dans la galaxie expliquent bien la grande dispersion des vitesses des étoiles à l’intérieur du reste de la galaxie naine.

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