Un télescope de la NASA pour aider à démêler la croissance des galaxies et la composition de la matière noire

Les flux stellaires ressemblent à des mèches de cheveux éthérées s’étendant vers l’extérieur de certaines galaxies, dérivant paisiblement dans l’espace dans le cadre du halo – une région sphérique entourant une galaxie. Mais ces envolées stellaires sont les signes d’un ancien drame à l’échelle cosmique qui sert de registre fossile du passé d’une galaxie. Les étudier transforme les astronomes en archéologues galactiques.

Des flux stellaires particulièrement insaisissables qui se sont formés lorsque la Voie lactée a siphonné des étoiles d’amas d’étoiles globulaires ont déjà été détectés, mais ils n’ont jamais été trouvés dans d’autres galaxies. Ils sont plus faibles car ils contiennent moins d’étoiles, ce qui les rend beaucoup plus difficiles à repérer dans d’autres galaxies plus éloignées.

Roman pourrait les détecter dans plusieurs de nos galaxies voisines pour la toute première fois. La vision large, nette et profonde de la mission devrait même révéler des étoiles individuelles dans ces énormes structures sombres. Dans une étude précédente, Pearson a dirigé le développement d’un algorithme pour rechercher systématiquement des flux stellaires provenant d’amas globulaires dans des galaxies voisines.

La nouvelle étude de Starkenburg ajoute à l’image en prédisant que Roman devrait être capable de détecter des dizaines de flux dans d’autres galaxies provenant de galaxies naines, offrant un aperçu sans précédent de la croissance des galaxies.

“C’est excitant d’en savoir plus sur notre Voie lactée, mais si nous voulons vraiment comprendre la formation des galaxies et la matière noire, nous avons besoin d’un échantillon plus grand”, a déclaré Starkenburg. “L’étude des flux stellaires dans d’autres galaxies avec Roman nous aidera à avoir une vue d’ensemble.”

Le télescope spatial romain Nancy Grace est géré au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, avec la participation du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et de Caltech/IPAC en Californie du Sud, du Space Telescope Science Institute à Baltimore et d’une équipe scientifique composée de scientifiques de divers établissements de recherche. Les principaux partenaires industriels sont Ball Aerospace and Technologies Corporation à Boulder, Colorado ; L3Harris Technologies à Melbourne, Floride ; et Teledyne Scientific & Imaging à Thousand Oaks, en Californie.

“Les halos sont principalement constitués d’étoiles qui ont été arrachées à d’autres galaxies”, a déclaré Tjitske Starkenburg, chercheur postdoctoral à la Northwestern University d’Evanston, dans l’Illinois, qui a examiné le potentiel de Roman dans ce domaine. “Les images larges et profondes de Roman seront suffisamment nettes pour que nous puissions résoudre des étoiles individuelles dans les halos d’autres galaxies, ce qui permettra d’étudier pour la première fois les flux stellaires dans un grand nombre de galaxies.”

L’équipe, dirigée par Starkenburg, partagera ses résultats lors de la 240e réunion de l’American Astronomical Society à Pasadena, en Californie, aujourd’hui.

Cannibalisme galactique, étoiles volées

Les simulations soutiennent la théorie selon laquelle les galaxies se développent en partie en engloutissant de plus petits groupes d’étoiles. Une galaxie naine capturée en orbite par une plus grande est déformée par la gravité. Ses étoiles bruinent, traçant des arcs et des boucles autour de la plus grande galaxie jusqu’à ce qu’elles deviennent finalement ses nouveaux membres.

“Alors que des étoiles individuelles s’échappent de la galaxie naine et tombent dans la plus massive, elles forment de longs et minces flux qui restent intacts pendant des milliards d’années”, a déclaré Sarah Pearson, boursière postdoctorale Hubble à l’Université de New York à New York et l’auteur principal d’une étude distincte sur les observations projetées de la mission dans ce domaine. “Ainsi, les flux stellaires détiennent des secrets du passé et peuvent éclairer des milliards d’années d’évolution.”

Les astronomes ont pris ce processus cannibale sur le fait en utilisant des télescopes comme le satellite Gaia de l’ESA (Agence spatiale européenne), qui est réglé avec précision pour mesurer les positions et les mouvements des étoiles dans notre galaxie de la Voie lactée. Roman étendra ces observations en effectuant des mesures similaires d’étoiles à la fois dans la Voie lactée et dans d’autres galaxies.

La Voie lactée abrite au moins 70 courants stellaires, ce qui signifie qu’elle a probablement mangé au moins 70 galaxies naines ou amas d’étoiles globulaires – des groupes de centaines de milliers d’étoiles liées par gravité. Les images de la Voie lactée de Roman pourraient permettre aux astronomes d’enchaîner des instantanés à temps pour montrer le mouvement des étoiles. Cela nous aidera à comprendre de quoi est faite la matière noire – une matière invisible que nous ne pouvons détecter que par ses effets gravitationnels sur les objets visibles.

Une théorie suggère que la matière noire est “froide” ou composée de particules lourdes et lentes. Si tel est le cas, il devrait s’agglutiner dans les halos galactiques, ce qui perturberait les flux stellaires d’une manière que Roman pourrait voir. En détectant ou en éliminant ces distorsions, Roman pourrait réduire les candidats à la composition de la matière noire.

Les astronomes sont également impatients d’étudier les courants stellaires dans plusieurs des galaxies voisines de la Voie lactée. Ils ne sont pas bien étudiés dans d’autres galaxies parce qu’ils sont si faibles et si éloignés. Ils sont aussi si vastes qu’ils peuvent s’enrouler autour d’une galaxie entière. Il faut une vue panoramique inégalée comme celle de Roman pour capturer des images à la fois suffisamment grandes et détaillées pour les voir.