2024-01-29 20:43:39
Des étoiles ont été surprises en train de ramper à la périphérie de la Voie lactée plus lentement que prévu, un mouvement lent qui, selon les scientifiques, ne peut s’expliquer que si notre carte de la galaxie de matière noire est erronée.
Les vitesses spécifiques des étoiles autour des bords des galaxies ont toujours été des indices de la présence de matière noire dans ces galaxies. En effet, les astronomes peuvent mesurer la « courbe de rotation » d’une galaxie, qui représente les vitesses orbitales des étoiles en fonction de leurs distances par rapport au centre d’une galaxie.
Si aucune matière noire n’était présente (et donc l’influence gravitationnelle qu’elle offre) était absente, les étoiles commenceraient à ralentir à mesure qu’elles orbiteraient loin du centre d’une galaxie. Cependant, dans les années 1960 et au début des années 1970, les astronomes Vera Rubin et Kent Ford ont remarqué que les courbes de rotation des galaxies étaient plates. En d’autres termes, le mouvement orbital des étoiles ne diminue pas avec la distance. Ils ont maintenu le rythme. Selon les scientifiques, l’explication réside dans le fait que les galaxies sont nichées dans des halos de matière noire. On pense que ces halos sont les plus denses au centre de la galaxie ; c’est la gravité de cette matière noire qui fait bouger les étoiles.
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Mais voici le problème : parce que nous sommes assis à l’intérieur de notre galaxie et que nous n’en avons pas une vue d’ensemble, mesurer la courbe de rotation de notre Voie lactée s’est avéré plus difficile.
Ce qu’il faut, ce sont des informations précises sur la distance afin que nous sachions à quelle distance du centre galactique se trouvent les différentes étoiles éloignées. En 2019, Anna-Christina Eilers du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a dirigé une équipe de recherche qui a utilisé la mission Gaia de mesure des étoiles de l’Agence spatiale européenne pour cartographier les vitesses orbitales des étoiles jusqu’à 80 000 années-lumière du centre galactique. Comme prévu, les chercheurs ont trouvé une courbe de rotation plate avec seulement le moindre signe de déclin de la vitesse pour les étoiles les plus extérieures de cet échantillon.
Cependant, de nouveaux résultats combinant les mesures de Gaia avec celles de l’APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment), réalisées sur un télescope au sol au Nouveau-Mexique aux États-Unis, et qui mesure les propriétés physiques des étoiles pour mieux juger de leur distance, ont effectivement mesuré la courbe de rotation de la Voie lactée pour les étoiles plus loin que jamais, à environ 100 000 années-lumière.
«Ce qui nous a vraiment surpris, c’est que cette courbe est restée plate, plate, plate jusqu’à une certaine distance, puis elle a commencé à s’effondrer», a déclaré Lina Necib, professeur adjoint de physique au MIT, dans un communiqué. «Cela signifie que les étoiles extérieures tournent un peu plus lentement que prévu, ce qui est un résultat très surprenant.»
«A ces distances, nous sommes juste au bord de la galaxie, là où les étoiles commencent à disparaître», a ajouté Anna Frebel du MIT dans le même communiqué. «Personne n’avait exploré la façon dont la matière se déplace dans cette galaxie extérieure, où nous sommes réellement dans le néant.»
La baisse de la vitesse orbitale à ces distances implique qu’il y a moins matière noire au centre de notre galaxie que prévu. L’équipe de recherche décrit le halo de matière noire de la galaxie comme ayant été « évidé », un peu comme une pomme. L’équipage affirme également qu’il n’y a pas assez de gravité, du fait de la matière noire qui semble exister là-bas, pour atteindre 100 000 années-lumière et maintenir les étoiles en mouvement à la même vitesse.
«Cela met ce résultat en tension avec d’autres mesures», a déclaré Necib. «Il se passe quelque chose de louche quelque part, et c’est vraiment excitant de comprendre où cela se trouve, d’avoir une image vraiment cohérente de la Voie Lactée.»
La prochaine étape, explique Necib, consiste à utiliser des simulations informatiques à haute résolution pour modéliser différentes distributions de matière noire au sein de notre galaxie afin de déterminer laquelle reproduit le mieux la courbe de rotation descendante. Les modèles de formation des galaxies pourraient alors tenter d’expliquer comment la Voie lactée est parvenue à sa répartition spécifique et évidée de la matière noire – et pourquoi d’autres galaxies ne l’ont pas fait.
Les résultats ont été publiés le 8 janvier dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
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