jeudi , 23 mars 2017
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Très peu de matière noire dans les galaxies au début de l’univers

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De nouvelles observations des galaxies au début de l’univers suggèrent qu’elles avaient très peu de matière noire et cela contredit totalement avec les observations sur cette matière sombre concernant les galaxies actuelles. À chaque nouvelle observation, la matière noire devient plus évasive et beaucoup plus complexe.


Très peu de matière noire dans les galaxies au début de l’univers
La rotation des anciennes galaxies (sur la droite) et celle des galaxies modernes (sur la gauche). Les observations montrent que les anciennes galaxies étaient moins influencé par la matière noire (en rouge). Crédit : ESO/L. Calçada
De nouvelles observations indiquent que les grandes galaxies datant de 10 milliards d’années étaient dominées par la matière normale ou baryonique. C’est un contraste saisissant avec les galaxies actuelles qui sont influencées considérablement par la matière noire. Ces résultats surprenants ont été obtenus avec le Very Large Telescope de l’Agence Spatiale européenne et ils suggèrent que la matière noire était moins influente au début de l’univers. Ces résultats font l’objet de 4 papiers différents.1 2 3 4

Nous voyons la matière normale comme des étoiles brillantes, du gaz ou des nuages de poussière. Mais la matière noire n’émet pas, n’absorbe pas ou ne reflètent pas la lumière et on peut l’observer uniquement via ses effets gravitationnels. La présence de la matière noire peut expliquer pourquoi les parties externes des galaxies en spirale tournent plus rapidement si on prend en compte uniquement la matière normale.

Désormais, une équipe internationale d’astronomes menée par Reinhard Genzel du Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics ont utilisé les instruments KMOS et SINFONI du télescope VLT pour mesurer la rotation de 6 galaxies massives qui datent de 10 milliards d’années. Et leurs découvertes sont intrigantes. Contrairement aux galaxies en spirale dans l’univers moderne, les régions externes de ces anciennes galaxies tournent plus lentement que les régions centrales et cela suggère qu’elles ont beaucoup moins de matière noire.

Étonnamment, la vitesse de rotation n’est pas constante, car elle diminue en s’éloignant du centre selon Reinhard Genzel, principal auteur du papier publié dans Nature. Il y a deux causes possibles. En premier lieu, la plupart de ces galaxies massives sont fortement dominées par la matière normale avec un rôle mineur pour la matière noire. Secundo, ces anciennes galaxies étaient beaucoup plus turbulentes que nos galaxies actuelles.

Et ces deux effets sont de plus en plus marqués à mesure que les astronomes approfondissent leur regard dans le passé au tout début de l’univers. Cela suggère que 3 à 4 milliards d’années après le Big Bang, le gaz dans les galaxies s’était déjà condensé en des disques plats en rotation tandis que les halos de matière noire, qui les entouraient, étaient beaucoup plus larges et éparpillés. Apparemment, il a fallu des milliards d’années à la matière noire pour se condenser et c’est ce qui explique son effet dominant sur nos galaxies modernes. Cette explication est cohérente avec les observations qui montrent que les premières galaxies étaient plus riches en gaz et compactes que celle d’aujourd’hui.

Les 6 galaxies observées dans cette étude font partie d’un échantillon d’une centaine de galaxies très lointaines. Et en plus de ces mesures individuelles, les chercheurs ont également calculé une courbe moyenne de rotation provenant des signaux faibles des autres galaxies. Et cette courbe composite montre la même baisse de vélocité en s’éloignant des centres galactiques. Enfin, 2 autres études sur 240 galaxies soutiennent ces résultats. Les modèles montrent que même si la matière normale représente en moyenne la moitié de la masse totale de toutes les galaxies, cette matière normale domine les dynamiques des galaxies qui ont un décalage vers le rouge très élevé (Un décalage vers le rouge ou Redshift indique l’éloignement des objets par rapport à nous).

Sources

1.
Strongly baryon-dominated disk galaxies at the peak of galaxy formation ten billion years ago. Nature. http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1709/eso1709a.pdf.
2.
FALLING OUTER ROTATION CURVES OF STAR-FORMING GALAXIES AT 0.6 . Z . 2.6 PROBED WITH KMOS3D AND SINS/ZC-SINF. ESO. http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1709/eso1709b.pdf.
3.
THE EVOLUTION OF THE TULLY-FISHER RELATION BETWEEN Z ∼ 2.3 AND Z ∼ 0.9 WITH KMOS3D. ESO. http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1709/eso1709c.pdf.
4.
KMOS3D: DYNAMICAL CONSTRAINTS ON THE MASS BUDGET IN EARLY STAR-FORMING DISKS. ESO. http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1709/eso1709d.pdf.
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A propos de Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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