Un courant stellaire lointain offre une nouvelle façon de cartographier la matière noire

Des astronomes ont identifié une faible traînée d’étoiles dans une galaxie située au-delà de la Voie lactée, ce qui constitue la première détection d’un courant stellaire issu d’un amas globulaire en dehors de notre propre galaxie. Cette observation montre également que ces structures délicates peuvent servir à étudier la matière noire dans des galaxies lointaines.

L’équipe de recherche internationale était dirigée par Julie Kiel Holm, de l’Institut Niels Bohr, et Sarah Pearson, de DTU Space. Ses résultats ont été publiés dans Nature, selon ScienceDaily, qui a rendu compte d’informations fournies par l’Université de Copenhague.

Le courant se trouve dans UGC9050-Dw1, une galaxie ultra-diffuse. Ces galaxies émettent très peu de lumière, ce qui rend difficiles à étudier aussi bien la galaxie que la fine structure stellaire qu’elle abrite. Les chercheurs ont utilisé le courant nouvellement identifié pour établir des estimations de la masse totale de la galaxie et de la manière dont cette masse y est répartie.

Leurs résultats indiquent que UGC9050-Dw1 contient une quantité substantielle de matière noire, conformément aux travaux antérieurs sur les galaxies ultra-diffuses. L’importance de l’étude ne réside pas seulement dans la découverte du courant, mais aussi dans la démonstration qu’une technique auparavant utilisée dans la Voie lactée peut fonctionner dans une autre galaxie.

Une traînée façonnée par la gravité

Les amas globulaires sont des groupes denses d’étoiles liés par leur gravité mutuelle. Lorsqu’un amas traverse sa galaxie hôte, le champ gravitationnel de cette dernière peut progressivement lui arracher des étoiles. Au fil du temps, ces étoiles forment un long courant étroit le long de la trajectoire de l’amas.

La structure d’un courant reflète les forces gravitationnelles qui s’exercent sur lui. En examinant sa forme et son mouvement, les astronomes peuvent déduire comment la matière est répartie dans la galaxie environnante. Cela fait des courants stellaires des indicateurs indirects utiles de la matière noire, qui ne peut pas être observée directement.

On pense que la matière noire constitue environ 80 à 85 % de toute la matière de l’Univers, même si sa nature fondamentale reste inconnue. Sa présence est déduite de ses effets gravitationnels, notamment de ceux qu’elle exerce sur les étoiles et les autres éléments visibles. Les courants stellaires offrent un autre moyen de retracer ces effets, car leur évolution dépend de l’environnement gravitationnel qui les entoure.

Jusqu’à récemment, les courants étaient difficiles à détecter, car ils sont extraordinairement peu lumineux. Des relevés astronomiques plus étendus, des ensembles d’observations plus importants et des techniques d’analyse améliorées permettent désormais de détecter et d’étudier des structures qui seraient auparavant passées inaperçues.

Étendre une méthode utilisée pour la Voie lactée

Avant ce résultat, l’utilisation des courants d’amas globulaires pour étudier la matière noire était limitée à la Voie lactée. Cette restriction signifiait que les astronomes ne disposaient d’informations que sur une seule galaxie lorsqu’ils cherchaient à comprendre comment ces structures pouvaient révéler la répartition de la masse invisible.

L’observation réalisée dans UGC9050-Dw1 étend la méthode à un environnement galactique différent. Les galaxies ultra-diffuses sont des cibles particulièrement précieuses, car leur faible luminosité soulève des questions sur la quantité de matière noire qu’elles contiennent et sur la manière dont cette matière y est organisée. La nouvelle analyse offre une autre voie pour répondre à ces questions.

Holm a déclaré que ces travaux montrent qu’un outil mis au point grâce à l’étude de la Voie lactée peut être appliqué à des galaxies où la matière noire est traditionnellement beaucoup plus difficile à mesurer. Pearson a indiqué que ce résultat ouvre la possibilité de rechercher des courants similaires dans d’autres galaxies et, à terme, d’évaluer la quantité de matière noire d’une population plus importante de systèmes ultra-diffus.

Les chercheurs soulignent que l’étude actuelle porte sur une seule galaxie. Malgré cela, confirmer que la méthode fonctionne au-delà de la Voie lactée pourrait permettre de comparer des galaxies aux propriétés différentes. Ces comparaisons pourraient aider les astronomes à se faire une idée plus générale de la manière dont la matière noire est répartie et se comporte dans l’Univers.

D’autres découvertes à venir

Le nombre d’exemples connus pourrait augmenter à mesure que de nouveaux observatoires examineront les galaxies peu lumineuses et les structures qui les entourent. Le télescope spatial Euclid et le télescope spatial Nancy Grace Roman devraient fournir des observations susceptibles de contribuer à la découverte de courants stellaires supplémentaires.

Un échantillon plus important donnerait aux chercheurs davantage d’occasions de tester le lien entre les caractéristiques des courants, la structure des galaxies et la matière noire. Pour l’instant, l’observation du courant dans UGC9050-Dw1 établit que l’un des traceurs gravitationnels les plus utiles de la Voie lactée peut également être utilisé à de plus grandes distances et dans un type de galaxie très différent.