Le puzzle de la galaxie sans matière noire —

Dans la cosmologie du modèle standard actuel, les galaxies massives contiennent des quantités substantielles de matière noire, un type de matière qui n’interagit pas de la même manière que la matière normale ; la seule preuve de son existence est la forte attraction gravitationnelle qu’elle exerce sur les étoiles et le gaz à proximité, et cette interaction est observable.

NGC 1277 est considérée comme un prototype de “galaxie relique”, c’est-à-dire une galaxie qui n’a eu aucune interaction avec ses voisines. Les galaxies de ce type sont très rares et sont considérées comme les vestiges des galaxies géantes qui se sont formées aux premiers jours de l’univers.

“L’importance des galaxies reliques pour nous aider à comprendre comment les premières galaxies se sont formées a été la raison pour laquelle nous avons décidé d’observer NGC 1277 avec un spectrographe de champ intégral”, explique Comerón. “A partir des spectres, nous avons fait des cartes cinématiques qui nous ont permis de déterminer la distribution de masse au sein de la galaxie jusqu’à un rayon d’environ 20 000 années-lumière”, ajoute-t-il.

L’équipe a découvert que la distribution de masse dans NGC 1277 n’était que la distribution des étoiles, et à partir de là, ils en ont déduit que dans le rayon observé, il ne peut y avoir plus de 5% de matière noire, bien que les observations soient cohérentes avec l’absence totale de ce composant.

Cependant, les modèles cosmologiques actuels prédisent qu’une galaxie ayant la masse de NGC 1277 devrait avoir au moins 10 % de sa masse sous forme de matière noire, avec un maximum de 70 % sous cette forme. “Cet écart entre les observations et ce à quoi nous nous attendions est un casse-tête, et peut-être même un défi pour le modèle standard”, note Ignacio Trujillo, chercheur à l’IAC et à l’ULL, qui a participé à l’étude.

L’article suggère deux explications possibles au manque de matière noire dans NGC 1277. “La première est que l’interaction gravitationnelle avec le milieu environnant au sein de l’amas de galaxies dans lequel cette galaxie est située a dépouillé la matière noire” commente Anna Ferré-Mateu, chercheuse à l’IAC et à l’ULL qui a également participé à l’étude. “L’autre est que la matière noire a été chassée du système lorsque la galaxie s’est formée par la fusion de fragments protogalactiques, ce qui a donné naissance à la galaxie relique.”

Pour les auteurs de l’étude, aucune de ces explications n’est pleinement satisfaisante “donc le casse-tête de la formation d’une galaxie massive sans matière noire reste un casse-tête” insiste Comerón. Afin de continuer à rechercher le mystère, l’équipe prévoit de faire de nouvelles observations avec l’instrument WEAVE sur le télescope William Herschel (WHT) à l’observatoire Roque de los Muchachos, dans l’île canarienne de La Palma.

Si ce résultat, que NGC 1277 n’a pas de matière noire, est confirmé, cela jetterait un doute fort sur les modèles alternatifs de la matière noire, à savoir les théories dans lesquelles la gravité est modifiée et la majeure partie de l’attraction gravitationnelle au sein des galaxies est due à un léger changement de la loi de la gravité à grande échelle. “Bien que la matière noire dans une galaxie spécifique puisse être perdue, une loi de gravité modifiée doit être universelle, elle ne peut pas avoir d’exceptions, de sorte qu’une galaxie sans matière noire est une réfutation de ce type d’alternatives à la matière noire” note Trujillo.