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Le puzzle de l’étrange galaxie composée à 99,9% de matière noire est résolu

Crédits : Pieter van Dokkum/Roberto Abraham/Gemini Observatory/SDSS/AURA

Il y a quelques années, des astronomes annonçaient la découverte d’une galaxie quasiment entièrement constituée de matière noire. De nombreux chercheurs avaient alors été surpris, dans la mesure où un tel objet ne cadre pas avec nos modèles actuels de formation et d’évolution des galaxies. Une nouvelle étude contredit finalement ces observations.

C’est dans les années 1970 que l’idée de matière noire a véritablement commencé à voir le jour. Pour résumer, nous savons que la vitesse à laquelle une étoile doit se déplacer pour rester sur son orbite dépend de la force de gravité qui l’attire vers le centre de sa galaxie, et donc de la masse de celle-ci. En se focalisant sur les vitesses de plusieurs étoiles de la Voie lactée, l’astronome Vera Rubin s’était à l’époque aperçue que la quantité de matière nécessaire pour maintenir ces étoiles sur leur orbite était très insuffisante.

Autrement dit, la seule présence des gaz et de poussière, la matière baryonique, ou “normale”, ne permettait pas d’expliquer les mouvements stellaires. On a donc suggéré la présence d’une autre forme de matière, invisible, capable d’expliquer ces mouvements. Pour information, on estime aujourd’hui que cette fameuse “matière noire” compose environ 26,8 % de l’Univers contre seulement 4,9% pour la matière normale. Le reste, c’est de l’énergie sombre.

Au fil des années, les astronomes ont continué de mesurer la quantité de matière noire présente autour des galaxies et ont constaté que celle-ci varie entre 10 et 300 fois la quantité de matière visible. Cependant, il y a quatre ans, la découverte d’un objet très diffus, nommé Dragonfly 44, a changé ce point de vue. Vous le retrouverez dans l’amas de Coma, un amas de plusieurs milliers de galaxies.

Une étrange galaxie “noire”

Dès le départ, Dragonfly 44 a donc surpris tout le monde dans la mesure où elle présentait quasiment autant de matière noire que la Voie lactée, soit l’équivalent d’un milliard de masses solaires.

Cependant, au lieu de contenir plusieurs centaines de milliards d’étoiles, comme la Voie lactée, Dragonfly 44 n’en compte que cent millions, soit mille fois moins. Cela signifie que la quantité de matière noire était dix mille fois supérieure à celle de ses étoiles. Autrement dit, il y en avait beaucoup, beaucoup trop.

Surpris par cette découverte, les astronomes ont ainsi multiplié les efforts pour tenter de comprendre ces observations. Étaient-elles vraiment réelles ?

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La galaxie Dragonfly 44, à 10 000 années-lumière de la Terre. Crédits : Teymoor Saifollahi et NASA / HST

Une galaxie pas si “unique” que ça

Pour tenter de le savoir, des chercheurs de l’Institut Kapteyn de l’Université de Groningen (Pays-Bas) se sont concentrés sur l’étude de ses amas globulaires.

Le nombre total des amas est en effet lié à la masse totale d’une galaxie. Ainsi, en mesurant le nombre de ces amas, et en ayant connaissance du nombre d’étoiles contenues dans une galaxie, vous pouvez déterminer la quantité de matière noire contenue à l’intérieur.

Dans le cadre de ces travaux, les astronomes ont finalement constaté que le nombre total d’amas globulaires autour Dragonfly 44 avait été largement surestimé. Ils n’en ont isolé qu’une vingtaine, contre quatre-vingts il y a quelques années. Par conséquent, la teneur en matière noire est en réalité bien inférieure à ce que les découvertes précédentes avaient suggéré (seulement 300 fois supérieure à celle de la matière lumineuse).

Dragonfly 44 n’est donc finalement pas singulière. “En réalité, avec le nombre d’amas globulaires que nous avons trouvés, la quantité de matière noire dans Dragonfly 44 est en accord avec ce qui est attendu pour ce type de galaxies“, assure Ignacio Trujillo, principal auteur de l’étude. “Le rapport matière visible sur matière noire n’est plus de 1 sur 10 000, mais de 1 sur 300“.

Dragonfly 44 a été une anomalie pendant toutes ces années qui ne pouvait pas être expliquée avec les modèles de formation de galaxies existants”, ajoute Teymoor Saifollahi, coauteur de l’article. “Nous savons maintenant que les résultats précédents étaient faux et que DF44 n’est pas extraordinaire. Il est temps de passer à autre chose“.

Les détails de ces travaux sont publiés dans les Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (MNRAS).