Dans les simulations, les collisions entraînent une perte de matière pour les groupes d’étoiles plus petits

C’est un mécanisme qui a le potentiel d’expliquer comment les galaxies pourraient exister sans matière noire – quelque chose que l’on croyait autrefois impossible.

Tout a commencé en 2018 lorsque les astrophysiciens Shany Danieli et Pieter van Dokkum de l’Université de Princeton et de l’Université de Yale ont observé deux galaxies qui semblaient exister sans la majeure partie de leur matière noire.

“Nous nous attendions à de grandes fractions de matière noire”, a déclaré Danieli, co-auteur de la dernière étude. “C’était assez surprenant, et beaucoup de chance, honnêtement.”

La trouvaille, dont van Dokkum et Danieli ont parlé dans un La nature papier en 2018 et dans un Lettres du journal astrophysique article en 2020, a bouleversé le paradigme des galaxies qui ont besoin de matière noire, bouleversant potentiellement ce que les astrophysiciens en étaient venus à considérer comme un modèle standard du fonctionnement des galaxies.

“Il a été établi au cours des 40 dernières années que les galaxies ont de la matière noire”, a déclaré Jorge Moreno, professeur d’astronomie au Pomona College, qui est l’auteur principal du nouvel article. “En particulier, les galaxies de faible masse ont tendance à avoir des fractions de matière noire nettement plus élevées, ce qui rend la découverte de Danieli assez surprenante. Pour beaucoup d’entre nous, cela signifiait que notre compréhension actuelle de la façon dont la matière noire aide à la croissance des galaxies nécessitait une révision urgente.”

L’équipe a exécuté des modèles informatiques qui simulaient l’évolution d’une partie de l’univers – une partie d’environ 60 millions d’années-lumière de diamètre – commençant peu de temps après le Big Bang et se poursuivant jusqu’à aujourd’hui.

L’équipe a trouvé sept galaxies dépourvues de matière noire. Après plusieurs collisions avec des galaxies voisines 1 000 fois plus massives, elles ont été dépouillées de la majeure partie de leur matière, ne laissant derrière elles que des étoiles et un peu de matière noire résiduelle.

“C’était un pur hasard”, a déclaré Moreno. “Dès que j’ai réalisé les premières images, je les ai partagées immédiatement avec Danieli et l’ai invitée à collaborer.”

Robert Feldmann, professeur à l’Université de Zurich qui a conçu la nouvelle simulation, a déclaré que “ce travail théorique montre que les galaxies déficientes en matière noire devraient être très courantes, en particulier à proximité des galaxies massives”.

James Bullock de l’UCI, un astrophysicien qui est un expert des galaxies de faible masse, a décrit comment lui et l’équipe n’ont pas construit leur modèle juste pour pouvoir créer des galaxies sans matière noire – quelque chose qu’il a dit rend le modèle plus fort, parce que c’était ‘ t conçu en aucune façon pour créer les collisions qu’ils ont finalement trouvées. “Nous ne présupposons pas les interactions”, a déclaré Bullock.

Confirmer que les galaxies dépourvues de matière noire peuvent être expliquées dans un univers où il y a beaucoup de matière noire est un soupir de soulagement pour des chercheurs comme Bullock, dont la carrière et tout ce qu’il y a découvert reposent sur le fait que la matière noire est la chose qui fait que les galaxies se comportent comme elles le font .

“L’observation qu’il existe des galaxies sans matière noire m’a un peu inquiété.” dit Bullock. “Nous avons un modèle réussi, développé au cours de décennies de travail acharné, où la majeure partie de la matière dans le cosmos est sombre. Il y a toujours la possibilité que la nature nous ait trompés.”

Mais, a déclaré Moreno, “vous n’avez pas à vous débarrasser du paradigme standard de la matière noire”.

Maintenant que les astrophysiciens savent comment une galaxie pourrait perdre sa matière noire, Moreno et ses collaborateurs espèrent que les découvertes inspireront les chercheurs qui regardent le ciel nocturne à rechercher des galaxies massives du monde réel qu’ils pourraient être en train d’éliminer la matière noire des plus petites. .

“Cela ne signifie toujours pas que ce modèle est correct”, a déclaré Bullock. “Un vrai test sera de voir si ces choses existent avec la fréquence et les caractéristiques générales qui correspondent à nos prédictions.”

Dans le cadre de ce nouveau travail, Moreno, qui a des racines indigènes, a reçu la permission des dirigeants Cherokee de nommer les sept galaxies sans matière noire trouvées dans leurs simulations en l’honneur des sept clans Cherokee : Bird, Blue, Deer, Long Hair, Paint , patate sauvage et loup.

“Je ressens un lien personnel avec ces galaxies”, a déclaré Moreno, qui a ajouté que, tout comme les galaxies les plus massives ont privé les galaxies plus petites de leur matière noire, “de nombreuses personnes d’ascendance indigène ont été dépouillées de notre culture. Mais notre noyau reste, et nous prospérons toujours.”

Le financement des travaux est venu de la National Science Foundation, d’un congé sabbatique pour Moreno du Pomona College et de la Harry and Grace Steele Foundation, et, pour Danieli, de la NASA par le biais de la bourse Hubble Fellowship HST-HF2-51454.001-A décernée par le télescope spatial Science Institute, qui est géré par l’Association of Universities for Research in Astronomy, Incorporated, sous le contrat NAS5-26555 de la NASA. Parmi les autres collaborateurs figurent Francisco Mercado, Courtney Klein et Zachary Hafen, tous de l’UCI.