Tout le monde sait que les galaxies sont d'énormes collections d'étoiles. Une seule galaxie peut en contenir des centaines de milliards. Mais il existe un type de galaxie qui n'a pas d'étoiles. C'est vrai: zéro étoile.
Ces galaxies sont appelées galaxies sombres ou galaxies de matière noire. Et plutôt que d'étoiles, elles sont principalement constituées de matière noire. La théorie prédit qu'il devrait y avoir beaucoup de ces galaxies naines sombres dans le halo autour des galaxies «régulières», mais les trouver a été difficile.
Maintenant, dans un nouvel article qui sera publié dans l'Astrophysical Journal, Yashar Hezaveh de l'Université de Stanford en Californie, et son équipe de collègues, annoncent la découverte d'un tel objet. L’équipe a utilisé les capacités améliorées du grand tableau d’Atacamas pour examiner un anneau d’Einstein, ainsi nommé parce que la théorie de la relativité générale d’Einstein avait prédit le phénomène bien avant qu’il ne soit observé.
Un anneau d'Einstein, c'est quand la gravité massive d'un objet proche déforme la lumière d'un objet beaucoup plus éloigné. Ils fonctionnent comme la lentille d'un télescope ou même une paire de lunettes. La masse du verre dans la lentille dirige la lumière entrante de telle sorte que les objets distants sont agrandis.
Les anneaux d'Einstein et les lentilles gravitationnelles permettent aux astronomes d'étudier des objets extrêmement éloignés, en les regardant à travers une lentille de gravité. Mais ils permettent également aux astronomes d'en savoir plus sur la galaxie qui fait office de lentille, ce qui s'est produit dans ce cas.
Si une lentille en verre avait de minuscules taches d'eau dessus, ces taches ajouteraient une infime quantité de distorsion à l'image. C'est ce qui s'est produit dans ce cas, sauf que plutôt que des gouttes d'eau microscopiques sur une lentille, les distorsions ont été causées par de minuscules galaxies naines constituées de matière noire. «Nous pouvons trouver ces objets invisibles de la même manière que vous pouvez voir des gouttelettes de pluie sur une fenêtre. Vous savez qu'ils sont là parce qu'ils déforment l'image des objets d'arrière-plan », a expliqué Hezaveh. La différence est que l'eau déforme la lumière par réfraction, tandis que la matière déforme la lumière par gravité.
Alors que l'installation ALMA augmentait sa résolution, les astronomes ont étudié différents objets astronomiques pour tester ses capacités. L'un de ces objets était SDP81, la lentille gravitationnelle de l'image ci-dessus. En examinant la galaxie la plus éloignée sous l'objectif du SDP81, ils ont découvert des distorsions plus petites dans l'anneau de la galaxie éloignée. Hezaveh et son équipe concluent que ces distorsions signalent la présence d'une galaxie naine sombre.
Mais pourquoi tout cela est-il important? Parce qu'il y a un problème dans l'Univers, ou du moins dans notre compréhension de celui-ci; un problème de masse manquante.
Notre compréhension de la formation de la structure de l'Univers est assez solide, au moins à plus grande échelle. Les prédictions basées sur ce modèle concordent avec les observations du fond cosmique micro-ondes (CMB) et du regroupement des galaxies. Mais notre compréhension se dégrade quelque peu en ce qui concerne la structure à plus petite échelle de l'Univers.
Un exemple de notre manque de compréhension dans ce domaine est ce que l’on appelle le problème des satellites manquants. La théorie prédit qu'il devrait y avoir une grande population d'objets appelés sous-halo dans le halo de matière noire entourant les galaxies. Ces objets peuvent aller de choses aussi grandes que les nuages magellaniques à des objets beaucoup plus petits. Dans les observations du groupe local, il y a un déficit prononcé de ces objets, à hauteur d'un facteur 10, par rapport aux prédictions théoriques.
Parce que nous ne les avons pas trouvés, une ou deux choses doivent se produire: soit nous réussissons mieux à les trouver, soit nous modifions notre théorie. Mais il semble un peu trop tôt pour modifier nos théories de la structure de l'Univers car nous n'avons pas trouvé quelque chose qui, par sa nature même, est difficile à trouver. C’est pourquoi cette annonce est si importante.
L'observation et l'identification de l'une de ces Galaxies Naines Noires devrait ouvrir la porte à plus. Une fois de plus trouvés, nous pouvons commencer à construire un modèle de leur population et de leur distribution. Donc, si à l'avenir plus de ces galaxies naines sombres sont trouvées, cela confirmera progressivement notre compréhension globale de la formation et de la structure de l'Univers. Et cela signifie que nous sommes sur la bonne voie pour comprendre le rôle de Dark Matter dans l'Univers. Si nous ne pouvons pas les trouver, et celui lié au halo de SDP81 se révèle être une anomalie, alors c'est de retour à la planche à dessin, théoriquement.
Il a fallu beaucoup de puissance pour détecter la galaxie naine sombre liée au SDP81. Les anneaux d'Einstein comme le SDP81 doivent avoir une masse énorme pour exercer un effet de lentille gravitationnelle, tandis que les galaxies sombres naines sont minuscules en comparaison. C’est un problème classique d’aiguille dans une botte de foin, et Hezaveh et son équipe avaient besoin d’une puissance de calcul considérable pour analyser les données d’ALMA.
ALMA et la méthodologie développée par Hezaveh et son équipe permettront, nous l'espérons, de mieux comprendre les galaxies sombres naines à l'avenir. L'équipe pense qu'ALMA a un grand potentiel pour découvrir plus de ces objets de halo, ce qui devrait à son tour améliorer notre compréhension de la structure de l'Univers. Comme ils le disent dans la conclusion de leur article, «… les observations ALMA ont le potentiel de faire progresser considérablement notre compréhension de l'abondance de la sous-structure de la matière noire.»
