On pense que les premières galaxies de l’Univers se sont formées sur des sites où une grande quantité de matière noire a fusionné, fournissant l’attraction gravitationnelle pour attirer suffisamment de matière régulière pour créer des étoiles. Et, à ce jour, il est impossible d’expliquer le comportement de presque toutes les galaxies que nous avons observées sans conclure qu’elles ont une composante importante de matière noire.
Presque, mais pas tous. Récemment, une poignée de galaxies sombres et diffuses ont été identifiées et semblent avoir relativement peu de matière noire. Pendant un certain temps, ces galaxies n’ont pas pu être expliquées, soulevant des questions quant à savoir si les observations avaient fourni une image précise de leur composition. Cependant, des chercheurs ont récemment identifié une façon dont les galaxies pourraient se former : une petite galaxie pourrait être avalée par une plus grande qui retient la matière noire et recrache les étoiles.
Maintenant, une deuxième option a été proposée, basée sur le comportement de la matière noire dans un amas de galaxies. Ce modèle peut expliquer une série d’objets trouvés près des galaxies pauvres en matière noire. Et cela peut suggérer que des objets de type galaxie pourraient être formés sans composant sous-jacent de matière noire.
Temps de balle
L’amas de galaxies qui a inspiré ce modèle s’appelle l’amas de balles. Décrit pour la première fois en 2006, cet immense groupement de galaxies est le produit d’une collision entre deux amas auparavant distincts. Parce que la matière noire n’interagit pas physiquement, la partie de matière noire de chacun des deux amas a traversé gracieusement le site de collision et a continué son chemin. La matière ordinaire, en revanche, a subi une véritable collision, avec des ondes de choc se développant dans les grandes quantités de gaz qui accompagnaient les amas de galaxies.
Les observations de lentilles gravitationnelles ont indiqué que la majeure partie de la masse était avec la matière noire, qui s’était déplacée au-delà du site de collision. Mais la majeure partie de la matière visible se trouve toujours près de l’endroit où la collision a eu lieu initialement. Cette méthode de séparation de la matière ordinaire et de la matière noire a bien résisté à d’autres observations et modélisations.
Le nouveau travail repose sur l’extension du mécanisme impliqué dans la création du Bullet Cluster jusqu’à l’échelle des galaxies individuelles. La physique fonctionne de la même manière : une collision claque la matière normale dans une collision désordonnée entraînée par ses interactions, tandis que la matière noire passe en douceur à travers le désordre. Il n’est pas clair combien de structures de matière régulière peuvent survivre à ce genre de gâchis. Mais, comme il peut y avoir beaucoup de gaz après le déplacement de la matière noire, il est possible que la matière ordinaire puisse former des structures dépourvues de composant de matière noire.
La nouvelle recherche applique cette logique aux deux galaxies sans matière noire les mieux établies, appelées DF2 et DF4, qui sont des galaxies naines qui existent près d’une grande galaxie normale appelée NGC 1052.
Cela va à 11
Il est facile de modéliser des collisions entre des galaxies naines qui créent une situation semblable à l’amas de balles, avec une matière noire et régulière séparée. Collectivement, celles-ci sont appelées collisions « naines de balle ». (La balle naine semblerait être plus descriptive, mais cela n’a pas été choisi pour une raison quelconque.)
Mais dans ce cas, les chercheurs ont pu imposer de nombreuses contraintes au modèle en fonction de la situation physique autour de NGC 1052. L’une de ces contraintes était fournie par NGC 1052, la grande galaxie de la région. Il n’y a aucune raison réelle de s’attendre à ce que ce genre de collisions de galaxies se produise près d’une grande galaxie comme celle-là. Sa présence dans la zone suggère que la proximité était au cœur de la collision : l’une des plus petites galaxies impliquées dans la collision était en orbite autour de NGC 1052.
De toute évidence, avoir les deux en orbite rendrait une collision plus probable. Mais cela signifierait également que les galaxies naines n’auraient pas une vitesse combinée qui créerait une collision suffisamment violente. Ainsi, au moins une des galaxies devrait venir de l’extérieur du système et prendre de la vitesse tout en étant attirée vers NGC 1052.
L’autre contrainte majeure qu’ils ont est l’existence des deux galaxies pauvres en matière noire, DF2 et DF4, ainsi qu’une idée de leur mouvement relatif. Le mouvement relatif a permis aux chercheurs de retracer les mouvements des galaxies dans le temps et de conclure que toute collision a probablement eu lieu il y a environ 8 milliards d’années, ce qui est en bon accord avec l’âge de certaines des étoiles de DF2.
Les modèles de collision suggèrent qu’en plus de DF2 et DF4, cette collision devrait produire deux galaxies naines riches en matière noire, et celles-ci devraient apparaître à peu près le long de la ligne définie par DF2 et DF4. Les chercheurs ont donc recherché dans un catalogue d’objets d’autres galaxies naines de la région qui auraient pu émerger de la collision. Au lieu de quatre objets au total, ils en ont trouvé 11.