{"id":87815,"date":"2026-04-27T06:24:09","date_gmt":"2026-04-27T06:24:09","guid":{"rendered":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/87815\/"},"modified":"2026-04-27T06:24:09","modified_gmt":"2026-04-27T06:24:09","slug":"des-galaxies-sans-matiere-noire-defient-les-modeles-de-formation-galactique","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/87815\/","title":{"rendered":"Des galaxies sans mati\u00e8re noire d\u00e9fient les mod\u00e8les de formation galactique"},"content":{"rendered":"

Avant mon tout premier cours de master \u00e0 l\u2019universit\u00e9 de S\u00e3o Paulo, je n\u2019avais jamais entendu parler de galaxies d\u00e9pourvues de mati\u00e8re noire. Nous \u00e9tions en 2018, et la d\u00e9couverte venait tout juste d\u2019\u00eatre rendue publique. Plus pr\u00e9cis\u00e9ment, une \u00e9quipe d\u2019astronomes venait d\u2019annoncer avoir identifi\u00e9 une \u00e9trange petite galaxie qui semblait priv\u00e9e de cette composante invisible, pourtant cens\u00e9e constituer l\u2019essentiel de la mati\u00e8re de l\u2019Univers et jouer un r\u00f4le d\u00e9terminant dans la formation, l\u2019\u00e9volution et la stabilit\u00e9 des structures cosmiques. L\u2019annonce \u00e9tait donc pour le moins marquante, au point m\u00eame d\u2019\u00eatre relay\u00e9e \u00e0 la t\u00e9l\u00e9vision br\u00e9silienne.<\/p>\n

C\u2019est d\u2019ailleurs sur cette actualit\u00e9 que notre enseignant s\u2019est appuy\u00e9 pour commencer le semestre. Elle a par la suite aliment\u00e9 nombre de nos discussions, durant de longs mois. En effet, elle entrait en contradiction directe avec ce que l\u2019on pensait savoir des galaxies naines. Jusqu\u2019alors, on supposait que ces amas stellaires, plus petits et plus boursoufl\u00e9s que les galaxies spirales comme la Voie lact\u00e9e, \u00e9taient fortement domin\u00e9s par la mati\u00e8re noire. Comment concevoir qu\u2019elles puissent se former et survivre sans elle\u00a0? Le r\u00e9sultat nouvellement publi\u00e9 \u00e9tait-il robuste\u00a0? Cachait-il des hypoth\u00e8ses fragiles\u00a0? Ou bien \u00e9tions-nous confront\u00e9s \u00e0 une limite de nos mod\u00e8les de formation galactique, qui ne pr\u00e9disaient pas l\u2019existence de telles structures\u00a0?<\/p>\n

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Toutes ces interrogations nous ramenaient sans cesse \u00e0 une autre, en apparence simple, mais en r\u00e9alit\u00e9 complexe\u00a0: qu\u2019est-ce qui d\u00e9finit une galaxie\u00a0? \u00c0 cette question, il n\u2019y a pas de r\u00e9ponse unique. Pour preuve, en 2011, les astronomes Duncan Forbes, de l\u2019universit\u00e9 de Swinburne, en Australie, et Pavel Kroupa, de l\u2019universit\u00e9 de Bonn, en Allemagne, ont interrog\u00e9 leurs coll\u00e8gues par\u00a0un sondage intitul\u00e9 What is a galaxy\u00a0? (\u00ab\u00a0Qu\u2019est-ce qu\u2019une galaxie\u00a0?\u00a0\u00bb), afin de d\u00e9terminer quels crit\u00e8res devaient, selon eux, caract\u00e9riser un tel objet. Leurs r\u00e9sultats ont mis en lumi\u00e8re la diversit\u00e9 des points de vue, y compris parmi les sp\u00e9cialistes. La plupart des chercheurs s\u2019accordent toutefois sur quelques fondamentaux\u00a0: il s\u2019agit d\u2019un syst\u00e8me massif d\u2019\u00e9toiles, de gaz et de poussi\u00e8re li\u00e9s par la gravitation, \u00e0 quoi s\u2019ajoute une fraction significative mais encore mal comprise de mati\u00e8re noire. La d\u00e9couverte d\u2019une galaxie dont cette composante serait absente venait donc \u00e9branler cette d\u00e9finition m\u00eame.<\/p>\n

Une d\u00e9finition \u00e0 revoir<\/p>\n

Personne ne sait ce qu\u2019est la mati\u00e8re noire, ni de quoi elle est faite. Les astronomes sont n\u00e9anmoins convaincus de son existence et de son omnipr\u00e9sence. On en observe des indices partout dans l\u2019Univers\u00a0: depuis la structure \u00e0 grande \u00e9chelle du cosmos jusque dans les mouvements des amas de galaxies en passant par les orbites des \u00e9toiles. La mati\u00e8re noire semble constituer la colle gravitationnelle qui assure la coh\u00e9sion de la plupart des galaxies. Sans elle, leurs \u00e9toiles s\u2019\u00e9chapperaient progressivement sous l\u2019effet de leur propre mouvement. Imaginer une galaxie sans mati\u00e8re noire revient donc \u00e0 remettre en question ce que nous croyons savoir sur la naissance et la stabilit\u00e9 des syst\u00e8mes stellaires.<\/p>\n

Pour saisir pleinement en quoi ces d\u00e9couvertes sont d\u00e9routantes, il faut remonter \u00e0 2015. Cette ann\u00e9e-l\u00e0, les astronomes commencent \u00e0 identifier en grand nombre des objets appel\u00e9s \u00ab\u00a0galaxies ultradiffuses\u00a0\u00bb, un sous-ensemble de galaxies naines beaucoup plus \u00e9tendues que les naines classiques. Le r\u00e9seau de t\u00e9lescopes Dragonfly Telephoto Array, au Canada, en a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 des centaines rien que dans l\u2019amas de la Chevelure de B\u00e9r\u00e9nice, situ\u00e9 \u00e0 environ 300\u00a0millions d\u2019ann\u00e9es-lumi\u00e8re.<\/p>\n

L\u2019une des mani\u00e8res de caract\u00e9riser une galaxie est d\u2019en mesurer le rayon effectif, c\u2019est-\u00e0-dire le rayon du disque \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur duquel se concentre la moiti\u00e9 de sa lumi\u00e8re totale. De fa\u00e7on surprenante, les galaxies ultradiffuses pr\u00e9sentent des rayons effectifs comparables \u00e0 ceux de galaxies beaucoup plus massives, tout en abritant bien moins d\u2019\u00e9toiles. Elles sont donc peu lumineuses, tr\u00e8s \u00e9tal\u00e9es et particuli\u00e8rement difficiles \u00e0 d\u00e9tecter\u00a0: sur les images, elles apparaissent comme de simples taches floues. Leur apparence fantomatique et leur pr\u00e9sence dans des environnements denses, tels que les amas de galaxies, ont surpris les astronomes et marqu\u00e9 le d\u00e9but d\u2019un nouveau chapitre dans l\u2019\u00e9tude de la formation galactique.<\/p>\n

On a longtemps suppos\u00e9 que ces galaxies ultradiffuses \u00e9taient envelopp\u00e9es dans d\u2019immenses halos de mati\u00e8re noire. Autrement, comment des objets aussi \u00e9tendus et fragiles pourraient-ils survivre dans l\u2019environnement violent d\u2019un amas sans \u00eatre rapidement disloqu\u00e9s par l\u2019attraction gravitationnelle des autres galaxies environnantes\u00a0? Ils devaient \u00eatre prot\u00e9g\u00e9s par quelque chose d\u2019invisible, un cocon de mati\u00e8re noire.<\/p>\n

Cette hypoth\u00e8se \u00e9tait d\u2019ailleurs renforc\u00e9e par une autre observation\u00a0: les galaxies ultradiffuses h\u00e9bergent souvent un grand nombre d\u2019amas globulaires, ces groupements compacts et anciens d\u2019\u00e9toiles qui \u00e9mergent lors de phases de production stellaire particuli\u00e8rement intenses, comme il y en avait beaucoup dans l\u2019Univers primordial. Or leur nombre dans une galaxie est \u00e9troitement corr\u00e9l\u00e9 \u00e0 sa masse totale, laquelle additionne mati\u00e8re ordinaire et mati\u00e8re noire\u00a0: plus la galaxie est massive, plus elle est susceptible d\u2019avoir form\u00e9 des amas globulaires. Par cons\u00e9quent, puisque les galaxies ultradiffuses en poss\u00e8dent de nombreux mais tr\u00e8s peu d\u2019\u00e9toiles, les chercheurs en ont conclu qu\u2019elles devaient \u00eatre extr\u00eamement massives, tout en \u00e9tant principalement compos\u00e9es d\u2019une mati\u00e8re invisible. Ainsi, tous les indices convergeaient vers la conclusion que ces structures sont domin\u00e9es par la mati\u00e8re noire.<\/p>\n

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Du moins, tel \u00e9tait ce que l\u2019on pensait jusqu\u2019en 2018. Cette ann\u00e9e-l\u00e0, Pieter van Dokkum et Shany Danieli, de l\u2019universit\u00e9 de Yale, ainsi que leurs collaborateurs, annoncent avoir d\u00e9couvert une galaxie ultradiffuse inattendue \u2013 celle-l\u00e0 m\u00eame qui a agit\u00e9 mon premier semestre de master\u00a0: NGC 1052-DF2, ou simplement \u00ab\u00a0DF2\u00a0\u00bb.<\/p>\n

Cette galaxie abritait un syst\u00e8me d\u2019amas globulaires tr\u00e8s inhabituel, tous nettement plus brillants que ceux observ\u00e9s dans les galaxies typiques. En mesurant leur vitesse et celle des \u00e9toiles de DF2, l\u2019\u00e9quipe en a conclu que la masse totale de la galaxie \u00e9tait \u00e0 peu pr\u00e8s \u00e9gale \u00e0 celle de sa mati\u00e8re visible. Autrement dit, rien n\u2019indiquait la pr\u00e9sence d\u2019un halo de mati\u00e8re noire autour de DF2.<\/p>\n

\"galaxie<\/p>\n

La galaxie ultradiffuse NGC 1052-DF2, d\u00e9couverte en 2018, a \u00e9t\u00e9 la premi\u00e8re galaxie connue semblant totalement d\u00e9pourvue de mati\u00e8re noire. Cette d\u00e9couverte a remis en question les mod\u00e8les de formation galactique jusqu\u2019alors \u00e9tablis.<\/p>\n

\u00a9 NASA, ESA, Z. Shen and P. van Do<\/p>\n

Pourquoi mesurer la vitesse des \u00e9toiles au sein d\u2019une galaxie permet-il d\u2019en estimer la masse\u00a0? La r\u00e9ponse tient aux lois de la gravitation. De la m\u00eame mani\u00e8re que la vitesse des plan\u00e8tes autour du Soleil renseigne sur la masse de celui-ci, le mouvement des \u00e9toiles autour du centre galactique r\u00e9v\u00e8le l\u2019intensit\u00e9 de l\u2019attraction gravitationnelle qui s\u2019exerce sur elles. Et plus les \u00e9toiles se d\u00e9placent rapidement, plus la masse totale du syst\u00e8me doit \u00eatre importante. Par cons\u00e9quent, si les vitesses observ\u00e9es d\u00e9passent ce que la seule mati\u00e8re visible peut expliquer, on en d\u00e9duit qu\u2019une composante invisible \u2013 la mati\u00e8re noire \u2013 fournit la gravit\u00e9 suppl\u00e9mentaire n\u00e9cessaire. \u00c0 l\u2019inverse, si les vitesses mesur\u00e9es sont faibles et coh\u00e9rentes avec la seule masse des \u00e9toiles visibles, c\u2019est qu\u2019il y a tr\u00e8s peu de mati\u00e8re noire, voire pas du tout.<\/p>\n

La d\u00e9couverte de DF2 a \u00e9t\u00e9 d\u2019autant plus surprenante que les astronomes l\u2019avaient initialement \u00e9tudi\u00e9e pour confirmer qu\u2019elle \u00e9tait, comme les autres galaxies ultradiffuses, plong\u00e9e dans un vaste halo de mati\u00e8re noire. Contre toute attente, les donn\u00e9es ont r\u00e9v\u00e9l\u00e9 l\u2019inverse. Cette d\u00e9couverte fortuite rappelle que les plus grandes avanc\u00e9es de l\u2019astronomie surviennent souvent lorsque les faits bousculent les th\u00e9ories \u00e9tablies, obligeant les chercheurs \u00e0 porter un regard neuf sur l\u2019Univers.<\/p>\n

N\u00e9anmoins, le scepticisme \u00e9tait de mise au sein de la communaut\u00e9, certains chercheurs refusant l\u2019hypoth\u00e8se que DF2 soit d\u00e9pourvue de mati\u00e8re noire. L\u2019un des points de d\u00e9saccord concernait la distance de la galaxie \u00e0 la Terre\u00a0: des astronomes avan\u00e7aient que DF2 pourrait \u00eatre plus proche que ce que l\u2019on supposait. Or la masse d\u2019une galaxie est d\u00e9termin\u00e9e par la vitesse de ses \u00e9toiles et par sa taille, deux param\u00e8tres qu\u2019on estime \u00e0 partir de sa distance. Ainsi, si l\u2019on r\u00e9duit la distance estim\u00e9e de DF2, les valeurs calcul\u00e9es pour sa taille et sa masse diminuent proportionnellement. Ces nouvelles valeurs s\u2019av\u00e8rent alors compatibles avec la pr\u00e9sence de mati\u00e8re noire, sans laquelle on ne pourrait plus rendre compte de la dynamique observ\u00e9e.<\/p>\n

Pour trancher la question, l\u2019\u00e9quipe de Pieter van Dokkum a men\u00e9 l\u2019une des campagnes d\u2019observation les plus ambitieuses jamais r\u00e9alis\u00e9es avec le t\u00e9lescope spatial Hubble, consacrant un total de 42 sessions d\u2019observation (correspondant \u00e0 autant d\u2019orbites du t\u00e9lescope) \u00e0 l\u2019affinage de cette mesure. Les r\u00e9sultats ont confirm\u00e9 la distance estim\u00e9e initialement, renfor\u00e7ant l\u2019hypoth\u00e8se que DF2 est bien d\u00e9pourvue de mati\u00e8re noire. Malgr\u00e9 cela, d\u2019autres \u00e9quipes ont continu\u00e9 \u00e0 proposer des interpr\u00e9tations alternatives, notamment de nouvelles m\u00e9thodes pour estimer l\u2019\u00e9loignement d\u2019une galaxie.<\/p>\n

Le d\u00e9bat s\u2019intensifie de plus belle lorsqu\u2019en 2019 Pieter van Dokkum et ses collaborateurs annoncent la d\u00e9couverte de DF4. Voisine de DF2, cette galaxie pr\u00e9sente elle aussi une vitesse stellaire anormalement faible, sugg\u00e9rant un nouveau d\u00e9ficit de mati\u00e8re noire.<\/p>\n

Les astronomes qui ont d\u00e9couvert DF4 ont d\u2019abord dout\u00e9 de leurs propres observations\u00a0: quelle est la probabilit\u00e9 que deux galaxies voisines soient toutes deux d\u00e9pourvues de mati\u00e8re noire\u00a0? Pourtant, apr\u00e8s pr\u00e8s de 48\u00a0heures d\u2019observations presque ininterrompues, Pieter van Dokkum aurait fini par se rendre \u00e0 l\u2019\u00e9vidence et, validant ses propres conclusions, aurait envoy\u00e9 ce message laconique \u00e0 Shany Danieli\u00a0: \u00ab\u00a07\u00a0\u00bb. Ce chiffre, exprim\u00e9 en kilom\u00e8tres par seconde, correspondait \u00e0 la dispersion des vitesses des amas globulaires qu\u2019il venait de calculer, une mesure de l\u2019\u00e9cart entre les vitesses individuelles de ces objets. Cette valeur, exceptionnellement faible, indiquait sans conteste que DF4, tout comme DF2, poss\u00e9dait peu, voire pas, de mati\u00e8re noire. D\u00e8s lors, l\u2019existence de galaxies d\u00e9pourvues de cette composante invisible est pass\u00e9e du rang de simple sp\u00e9culation \u00e0 celui de v\u00e9ritable sujet d\u2019\u00e9tude, aussi s\u00e9rieux que controvers\u00e9.<\/p>\n

Galaxies reliques<\/p>\n

Les mod\u00e8les actuels de formation des galaxies n\u2019excluent pas totalement l\u2019existence de syst\u00e8mes sans mati\u00e8re noire, mais il s\u2019agit alors d\u2019objets massifs et rares, comme les \u00ab\u00a0galaxies reliques\u00a0\u00bb, des galaxies vestiges de l\u2019Univers jeune dont la formation a \u00e9t\u00e9 avort\u00e9e. Pour les galaxies naines telles DF2 et DF4, et la plupart des galaxies ultradiffuses, les pr\u00e9visions th\u00e9oriques sont oppos\u00e9es\u00a0: en raison de leur faible masse, elles ne devraient former que peu d\u2019\u00e9toiles, et \u00eatre fortement domin\u00e9es par la mati\u00e8re noire.<\/p>\n

Les seules galaxies naines que les mod\u00e8les pr\u00e9disent comme pouvant se former sans mati\u00e8re noire sont celles dites \u00ab\u00a0de mar\u00e9e\u00a0\u00bb\u00a0: des syst\u00e8mes d\u2019\u00e9toiles qui naissent des d\u00e9bris \u00e9ject\u00e9s lors de collisions ou d\u2019interactions gravitationnelles entre grandes galaxies. Un exemple en est fourni par les galaxies des Antennes, un duo situ\u00e9 \u00e0 environ 45\u00a0millions d\u2019ann\u00e9es-lumi\u00e8re et en pleine collision. En se percutant, les galaxies exercent des forces de mar\u00e9e qui \u00e9tirent de longs filaments de gaz et d\u2019\u00e9toiles. Ces r\u00e9sidus finissent par s\u2019agglom\u00e9rer pour former des galaxies naines\u00a0qui, contrairement aux syst\u00e8mes classiques, ne contiennent pas de mati\u00e8re noire\u00a0: elles sont en effet n\u00e9es exclusivement de la mati\u00e8re visible expuls\u00e9e lors de l\u2019interaction.<\/p>\n

Ce sc\u00e9nario se heurte toutefois \u00e0 une contradiction majeure\u00a0: puisqu\u2019elles se forment \u00e0 partir de gaz fra\u00eechement \u00e9ject\u00e9, les galaxies naines de mar\u00e9e sont tr\u00e8s jeunes, ce qui rend impossible la pr\u00e9sence d\u2019amas globulaires. Or DF2 et DF4 sont anciennes et entour\u00e9es de nombreux amas globulaires, qui plus est parmi les plus massifs et les plus lumineux jamais observ\u00e9s. Ces galaxies ne sont donc pas des naines de mar\u00e9e, mais repr\u00e9sentent un type d\u2019objet totalement nouveau, que les mod\u00e8les existants n\u2019avaient pas anticip\u00e9. Alors, comment DF2 et DF4 ont-elles \u00e9t\u00e9 form\u00e9es\u00a0?<\/p>\n

La premi\u00e8re hypoth\u00e8se propos\u00e9e est celle de l\u2019\u00ab\u00a0arrachement par effets de mar\u00e9e\u00a0\u00bb\u00a0: des forces gravitationnelles auraient progressivement arrach\u00e9 la mati\u00e8re noire \u00e0 ces galaxies. Toutefois, leurs \u00e9toiles et leurs amas globulaires ne montrent pas les signatures attendues pour un tel m\u00e9canisme. En 2019, aucune th\u00e9orie ni aucune simulation ne parvenait encore \u00e0 rendre pleinement compte des propri\u00e9t\u00e9s de DF2 et DF4.<\/p>\n

Puis, cette ann\u00e9e-l\u00e0, l\u2019astrophysicien Joseph Silk, de l\u2019universit\u00e9 Johns-Hopkins, aux \u00c9tats-Unis, d\u00e9veloppe un mod\u00e8le pour expliquer DF2. D\u2019apr\u00e8s celui-ci, si une collision \u00e0 grande vitesse entre deux galaxies naines se fait avec un angle appropri\u00e9, elle pourrait s\u00e9parer la mati\u00e8re visible de la mati\u00e8re noire. L\u2019impact produirait \u00e9galement une pression suffisamment intense pour d\u00e9clencher la formation d\u2019amas globulaires particuli\u00e8rement brillants.<\/p>\n

Pour parvenir \u00e0 ce sc\u00e9nario, Joseph Silk s\u2019est int\u00e9ress\u00e9 \u00e0 l\u2019amas de la Balle, un immense groupement de galaxies qui se serait form\u00e9 lorsque deux amas galactiques sont entr\u00e9s en collision \u00e0 une vitesse relative d\u2019environ 4\u00a0500 kilom\u00e8tres par seconde. En comparant des cartes en rayons X, qui r\u00e9v\u00e8lent la distribution du gaz chaud, avec des cartes de gravit\u00e9 obtenues gr\u00e2ce \u00e0 l\u2019observation de la courbure que prend la lumi\u00e8re lorsqu\u2019elle traverse l\u2019amas, les astronomes ont montr\u00e9 que la mati\u00e8re visible et la mati\u00e8re noire en son sein \u00e9taient spatialement s\u00e9par\u00e9es. \u00c0 aucun endroit les deux types de mati\u00e8re ne se m\u00e9langent. L\u2019interpr\u00e9tation la plus plausible est la suivante\u00a0: \u00e0 la suite de la collision de deux plus petits amas de galaxies, la mati\u00e8re noire a travers\u00e9 la r\u00e9gion sans \u00eatre ralentie, tandis que le gaz et les \u00e9toiles, eux, se sont comme entrem\u00eal\u00e9s. La mati\u00e8re visible, ralentie, est donc rest\u00e9e en arri\u00e8re, se s\u00e9parant ainsi de la mati\u00e8re noire. Ce constat fait de l\u2019amas de la Balle l\u2019une des observations les plus c\u00e9l\u00e8bres en faveur de l\u2019existence de la mati\u00e8re noire.<\/p>\n

\"amas<\/p>\n

Cette image de l\u2019amas de la Balle, r\u00e9alis\u00e9e \u00e0 partir des donn\u00e9es des t\u00e9lescopes spatiaux James-Webb et Chandra, montre la mati\u00e8re noire (cartographi\u00e9e en bleu par lentille gravitationnelle) se s\u00e9parant de la mati\u00e8re ordinaire (en rose). Un processus similaire pourrait expliquer pourquoi certaines galaxies sont d\u00e9pourvues de mati\u00e8re noire.<\/p>\n

\u00a9 NASA, ESA, CSA, STScI, CXC; Science: James Jee\/Yonsei University, UC Davis; Sangjun Cha\/Yonsei University; Kyle Finner\/Caltech\/IPAC<\/p>\n

C\u2019est en prenant appui sur le mod\u00e8le de Joseph Silk que l\u2019\u00e9quipe \u00e0 l\u2019origine de la d\u00e9couverte de DF2 et DF4 a d\u00e9velopp\u00e9 le sc\u00e9nario dit \u00ab\u00a0de la naine-balle\u00a0\u00bb (bullet dwarf). Ici, ce ne sont pas des amas de galaxies qui entrent en collision, mais des galaxies naines. Les halos de mati\u00e8re noire traversent l\u2019ensemble sans interaction notable, \u00e0 l\u2019inverse du gaz qui, en se percutant, g\u00e9n\u00e8re des ondes de choc capables de d\u00e9clencher une flamb\u00e9e d\u2019\u00e9toiles et la formation d\u2019amas globulaires massifs. De nouvelles galaxies \u00e9mergent alors, riches en \u00e9toiles mais pauvres en mati\u00e8re noire.<\/p>\n

Apr\u00e8s avoir d\u2019abord appliqu\u00e9 ce sc\u00e9nario \u00e0 DF2, Pieter van Dokkum et ses collaborateurs l\u2019ont \u00e9tendu au cas de DF4 et \u00e0 toute une s\u00e9rie d\u2019autres galaxies qui seraient potentiellement n\u00e9es d\u2019une m\u00eame collision ancienne au sein du groupe NGC 1052, la galaxie elliptique \u00e0 laquelle sont associ\u00e9es DF2 et DF4. Puisque les galaxies prog\u00e9nitrices n\u2019ont pas \u00e9t\u00e9 d\u00e9truites, elles ont poursuivi leur course, laissant derri\u00e8re elles une tra\u00een\u00e9e de nouvelles galaxies form\u00e9es \u00e0 partir du gaz arrach\u00e9. Ces galaxies, pauvres en mati\u00e8re noire mais riches en \u00e9toiles et en amas globulaires, dessinent aujourd\u2019hui une structure quasi lin\u00e9aire au sein du groupe. Certaines de ces galaxies pourraient poss\u00e9der plus d\u2019amas globulaires que d\u2019autres, en fonction de la mani\u00e8re dont s\u2019est dispers\u00e9e la mati\u00e8re, mais elles partageraient toutes les m\u00eames propri\u00e9t\u00e9s fondamentales.<\/p>\n

Des balles dans le cosmos<\/p>\n

Le nombre de galaxies form\u00e9es \u00e0 la suite d\u2019un tel \u00e9v\u00e9nement d\u00e9pend de diff\u00e9rents param\u00e8tres, comme la quantit\u00e9 de gaz disponible au sein des galaxies prog\u00e9nitrices ainsi que de la mati\u00e8re dont la mati\u00e8re se r\u00e9pand apr\u00e8s l\u2019impact. Dans le cas du groupe NGC 1052, ce processus aurait pu produire pas moins de sept \u00e0 onze galaxies.<\/p>\n

Jusqu\u2019\u00e0 il y a peu, ce sc\u00e9nario n\u2019\u00e9tait utilis\u00e9 que pour rendre compte des galaxies au sein de NGC 1052, laissant penser qu\u2019il s\u2019agissait l\u00e0 d\u2019un cas exceptionnel. Toutefois, les chercheurs \u00e0 l\u2019origine de ce mod\u00e8le estimaient pour leur part que ce type d\u2019\u00e9v\u00e9nements pourrait se produire de l\u2019ordre d\u2019une fois tous les 65\u00a0millions d\u2019ann\u00e9es-lumi\u00e8re carr\u00e9es. Une fr\u00e9quence faible, mais non n\u00e9gligeable \u00e0 l\u2019\u00e9chelle cosmique. D\u2019ailleurs, si \u00e0 cette \u00e9poque aucun autre cas n\u2019avait effectivement \u00e9t\u00e9 identifi\u00e9, un nouveau a \u00e9t\u00e9 observ\u00e9 en 2025.<\/p>\n

C\u2019est dans ce contexte que mes coll\u00e8gues et moi-m\u00eame avons cherch\u00e9 des objets similaires ailleurs dans l\u2019Univers, afin de d\u00e9terminer si ces galaxies appauvries en mati\u00e8re noire sont plut\u00f4t des anomalies ou les membres d\u2019une cat\u00e9gorie plus vaste. Ceci nous a amen\u00e9s \u00e0 jeter notre d\u00e9volu sur FCC 224, une galaxie situ\u00e9e \u00e0 la p\u00e9riph\u00e9rie de l\u2019amas du Fourneau, \u00e0 environ 60\u00a0millions d\u2019ann\u00e9es-lumi\u00e8re. Une \u00e9tude de 2021 montrait que la luminosit\u00e9 de ses amas globulaires \u00e9tait comparable \u00e0 celles de DF2 et DF4, ce qui nous a tout de suite intrigu\u00e9s.<\/p>\n

A lire aussi :
\n L\u2019insaisissable mati\u00e8re noire<\/a><\/p>\n

Nous avons entrepris d\u2019\u00e9tudier FCC 224 suivant trois approches. D\u2019une part, nous avons demand\u00e9 \u00e0 obtenir du temps d\u2019observation avec le t\u00e9lescope spatial Hubble, dont la haute r\u00e9solution permet d\u2019\u00e9tudier en d\u00e9tail les amas globulaires. D\u2019autre part, nous avons \u00e9galement sollicit\u00e9 du temps aupr\u00e8s de deux des plus grands t\u00e9lescopes terrestres\u00a0: l\u2019observatoire Keck, \u00e0 Hawaii, et le Very Large Telescope (VLT), au Chili. Chacune de ses installations a des avantages sp\u00e9cifiques. L\u2019instrument Keck Cosmic Web Imager, install\u00e9 sur\u00a0Keck, a une r\u00e9solution \u00e9lev\u00e9e mais un champ de vision restreint. Le spectrographe Multi-Unit Spectroscopic Explorer (Muse) du VLT, lui, couvre une zone plus vaste mais avec une r\u00e9solution inf\u00e9rieure. En fin de compte, nous avons eu l\u2019autorisation d\u2019utiliser chacun des trois observatoires.<\/p>\n

Les donn\u00e9es r\u00e9colt\u00e9es par Hubble ont confirm\u00e9 le caract\u00e8re exceptionnellement lumineux des amas globulaires. Celles obtenues par Keck nous ont permis d\u2019\u00e9tudier les \u00e9toiles de FCC 224 et de mesurer leurs vitesses. Combin\u00e9es, ces deux s\u00e9ries d\u2019observations ont confirm\u00e9 l\u2019hypoth\u00e8se que FCC 224 est bel et bien d\u00e9pourvue de mati\u00e8re noire. Les mesures effectu\u00e9es par le VLT nous sont parvenues plus tard. Nous sommes donc encore en train de les analyser afin de d\u00e9terminer si c\u2019est l\u2019enti\u00e8ret\u00e9 de la galaxie qui ne contient pas de mati\u00e8re noire, ou seulement sa r\u00e9gion centrale.<\/p>\n

Toutes ces mesures nous montrent que FCC 224 partage de nombreuses propri\u00e9t\u00e9s avec DF2 et DF4. Ainsi, ces trois exemples nous permettent d\u2019\u00e9tablir une sorte de recette pour identifier d\u2019autres galaxies sans mati\u00e8re noire\u00a0: elles doivent abriter une population d\u2019\u00e9toiles tr\u00e8s ancienne, des amas globulaires nombreux et anormalement brillants, et des \u00e9toiles du m\u00eame \u00e2ge que leurs amas globulaires. Cette derni\u00e8re propri\u00e9t\u00e9 est d\u2019ailleurs particuli\u00e8rement inhabituelle\u00a0: les amas globulaires sont g\u00e9n\u00e9ralement bien plus \u00e2g\u00e9s que les \u00e9toiles de leurs galaxies h\u00f4tes. Mais DF2, DF4 et FCC 224, semblent avoir form\u00e9 leurs \u00e9toiles\u00a0et leurs amas globulaires au m\u00eame moment et \u00e0 partir du m\u00eame mat\u00e9riau, laissant supposer l\u2019existence d\u2019un \u00e9pisode unique et intense de formation stellaire.<\/p>\n

Si FCC 224 est bien n\u00e9 du m\u00eame sc\u00e9nario de la naine-balle que les deux autres, on devrait donc trouver dans son voisinage une tra\u00een\u00e9e de galaxies issues de la m\u00eame collision. Je me suis donc mise en qu\u00eate de ces \u00e9ventuels compagnons. Mes recherches m\u2019ont men\u00e9e \u00e0 FCC 240, dont la morphologie et les populations stellaires sont en tout point analogues \u00e0 celles de sa comparse, renfor\u00e7ant l\u2019hypoth\u00e8se d\u2019une origine commune. Tout porte \u00e0 croire que FCC 240 et FCC 224 forment une paire jumelle, tout comme DF2 et DF4. Le potentiel de cette d\u00e9couverte m\u2019a permis d\u2019obtenir de nouvelles observations au VLT, visant \u00e0 mesurer la dynamique stellaire de FCC 240. Bien que l\u2019analyse soit toujours en cours, prendre part \u00e0 cette investigation en temps r\u00e9el est une exp\u00e9rience particuli\u00e8rement stimulante.<\/p>\n

S\u2019il s\u2019av\u00e8re que FCC 240 est elle aussi d\u00e9pourvue de mati\u00e8re noire, cela pourrait \u00eatre le signe de l\u2019existence de quelque chose d\u2019encore plus profond\u00a0: peut-\u00eatre que ce processus de formation produit syst\u00e9matiquement au moins deux galaxies. En d\u2019autres termes, ces syst\u00e8mes pourraient toujours se former par paires, voire par petits groupes.<\/p>\n

La multiplication des d\u00e9couvertes de galaxies sans mati\u00e8re noire soul\u00e8ve de nombreuses questions. Elles ne peuvent plus \u00eatre consid\u00e9r\u00e9es comme de simples anomalies isol\u00e9es. On les trouve dans diff\u00e9rentes r\u00e9gions de l\u2019Univers, et nos mod\u00e8les de formations galactiques doivent maintenant r\u00e9ussir \u00e0 rendre compte de leur existence, et ainsi comprendre comment une galaxie naine peut na\u00eetre et survivre sans mati\u00e8re noire. Plusieurs pistes sont activement explor\u00e9es.<\/p>\n

Afin de mieux comprendre ces objets, nous devons en identifier davantage, tout en perfectionnant nos simulations et nos mod\u00e8les th\u00e9oriques de l\u2019Univers. Les relev\u00e9s profonds \u00e0 grand champ seront \u00e9galement essentiels. En ce sens, l\u2019observatoire Vera-C.-Rubin, dont la construction s\u2019est r\u00e9cemment achev\u00e9e au Chili, jouera un r\u00f4le d\u00e9terminant\u00a0: au cours de la prochaine d\u00e9cennie, son programme LSST (Legacy Survey of Space and Time) cartographiera le ciel austral avec une pr\u00e9cision in\u00e9dite. Il r\u00e9v\u00e9lera sans doute de nombreuses galaxies, au nombre desquelles, peut-\u00eatre, certaines qui partagent des caract\u00e9ristiques avec DF2, DF4, FCC 224 ou FCC 240.<\/p>\n

Il existe une dimension presque circulaire dans cette histoire. Ce nouvel observatoire porte le nom de l\u2019astronome Vera C. Rubin, dont les travaux pionniers sur la rotation des galaxies furent parmi les premiers indices solides de l\u2019existence de la mati\u00e8re noire. Aujourd\u2019hui, le t\u00e9lescope qui l\u2019honore pourrait contribuer \u00e0 \u00e9lucider le cas de galaxies qui en sont d\u00e9pourvues. Et, clin d\u2019\u0153il moderne, les donn\u00e9es de l\u2019observatoire seront sans doute trait\u00e9es par l\u2019architecture d\u2019intelligence artificielle de l\u2019entreprise technologique Nvidia, \u00e9galement baptis\u00e9e Rubin. Ainsi, Rubin aidera Rubin \u00e0 d\u00e9busquer des galaxies susceptibles de remettre en cause la d\u00e9couverte de Rubin.<\/p>\n

Pour moi, tout a commenc\u00e9 par une discussion en salle de cours. Cette question est d\u00e9sormais au c\u0153ur de mes recherches. L\u2019id\u00e9e que des galaxies puissent se former sans mati\u00e8re noire bouscule l\u2019un des piliers de notre compr\u00e9hension de l\u2019Univers. Nous ignorons encore la fr\u00e9quence et les m\u00e9canismes par lesquels ces galaxies \u00e9mergent. Mais nous savons qu\u2019elles existent. Et voil\u00e0 une \u00e9nigme qui vaut la peine d\u2019\u00eatre \u00e9lucid\u00e9e.<\/p>\n

L\u00e0 o\u00f9 la mati\u00e8re noire r\u00e8gne en ma\u00eetre<\/p>\n

Le mod\u00e8le standard de formation des galaxies d\u00e9crit un sc\u00e9nario relativement simple\u00a0: un halo de mati\u00e8re noire s\u2019effondre sous l\u2019effet de sa propre gravit\u00e9, attirant le gaz environnant. En se refroidissant et en se condensant, ce gaz finit par former des \u00e9toiles, donnant naissance aux galaxies que nous voyons aujourd\u2019hui. Pourtant, \u00e0 mesure que les observations s\u2019affinent, l\u2019Univers semble prendre un malin plaisir \u00e0 bousculer ce sc\u00e9nario bien huil\u00e9. Si DF2 ou FCC 224 pr\u00e9sentent un net d\u00e9ficit de mati\u00e8re noire, d\u2019autres sp\u00e9cimens identifi\u00e9s r\u00e9cemment semblent au contraire repr\u00e9senter l\u2019extr\u00eame inverse\u00a0: des structures o\u00f9 la mati\u00e8re invisible domine presque enti\u00e8rement la masse totale.<\/p>\n

C\u2019est le cas de l\u2019objet CDG-2, une galaxie naine d\u00e9couverte dans l\u2019amas de Pers\u00e9e, v\u00e9ritable n\u00e9gatif des galaxies naines d\u00e9pourvues de mati\u00e8re noire. Car au sein de CDG-2, cette composante ne manque pas\u00a0: elle repr\u00e9sente plus de 99\u00a0% de la masse totale de l\u2019objet. Les astronomes soup\u00e7onnent que cette galaxie a subi un v\u00e9ritable \u00ab\u00a0siphonnage\u00a0\u00bb gravitationnel par ses voisines plus massives. CDG-2 aurait \u00e9t\u00e9 progressivement d\u00e9pouill\u00e9e d\u2019une grande partie de son gaz par les interactions gravitationnelles au sein de l\u2019amas, ne conservant qu\u2019une population stellaire extr\u00eamement t\u00e9nue. Elle n\u2019est aujourd\u2019hui qu\u2019un halo massif quasiment d\u00e9pourvu d\u2019\u00e9toiles, et dont la faible luminosit\u00e9 r\u00e9siduelle la rend presque ind\u00e9tectable pour les t\u00e9lescopes classiques.<\/p>\n

\u00c0 l\u2019autre extr\u00e9mit\u00e9 du spectre des anomalies se trouve un objet encore plus d\u00e9routant, baptis\u00e9 Cloud-9. Ici, il ne s\u2019agit m\u00eame plus vraiment d\u2019une galaxie au sens classique du terme. Cloud-9 est un vaste nuage d\u2019hydrog\u00e8ne entour\u00e9 d\u2019un halo de mati\u00e8re noire, mais totalement d\u00e9pourvu d\u2019\u00e9toiles. L\u2019objet a d\u2019abord \u00e9t\u00e9 rep\u00e9r\u00e9 par des radiot\u00e9lescopes gr\u00e2ce au signal caract\u00e9ristique de l\u2019hydrog\u00e8ne neutre, avant que le t\u00e9lescope spatial Hubble ne confirme l\u2019absence de toute population stellaire. Les astronomes pensent que Cloud-9 pourrait repr\u00e9senter ce qu\u2019on appelle une \u00ab\u00a0galaxie rat\u00e9e\u00a0\u00bb. Dans l\u2019Univers primordial, de nombreux petits halos de mati\u00e8re noire se seraient form\u00e9s, mais tous ne seraient pas parvenus \u00e0 enclencher la formation stellaire. C\u2019est le cas de Cloud-9, qui \u00e9tait soit trop pauvre en gaz soit incapable de le condenser pour allumer ses premi\u00e8res \u00e9toiles.<\/p>\n

Mis bout \u00e0 bout, ces objets esquissent un panorama \u00e9tonnamment vari\u00e9 des destins galactiques possibles, loin du sc\u00e9nario unique longtemps envisag\u00e9.<\/p>\n

\u00c9vrard-Ouicem El Jaouhari<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Avant mon tout premier cours de master \u00e0 l\u2019universit\u00e9 de S\u00e3o Paulo, je n\u2019avais jamais entendu parler de…\n","protected":false},"author":2,"featured_media":87816,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":"","_share_on_mastodon":"0"},"categories":[70],"tags":[14959,34495,12,13,18,17,34496,20314,34497,8466,5022,73,71,75,72,76,74],"class_list":["post-87815","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","category-sciences-et-technologies","tag-halo","tag-amas-de-galaxies","tag-be","tag-be-fr","tag-belgique","tag-belgium","tag-bullet-cluster","tag-formation-des-galaxies","tag-galaxies","tag-matiere-noire","tag-pour-la-science","tag-science","tag-science-and-technology","tag-sciences","tag-sciences-et-technologies","tag-technologies","tag-technology"],"share_on_mastodon":{"url":"https:\/\/pubeurope.com\/@be_fr\/116475243196441746","error":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/87815","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=87815"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/87815\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/media\/87816"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=87815"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=87815"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=87815"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}