Dans le vaste cosmos, une
galaxie remarquablement dense attire l’attention des astronomes.
Située à plus de dix-sept milliards d’années-lumière de la Terre,
JWST-ER1, découverte grâce au télescope spatial James Webb (JWST)
de la NASA, révèle des indices sur la nature énigmatique de la
matière noire.
Qu’est-ce qu’un anneau d’Einstein ?
Lorsque la lumière provenant d’une
source lointaine, comme une galaxie, passe à proximité d’une masse
très dense telle qu’une autre galaxie ou un amas de galaxies, la
gravité de cette masse agit comme une lentille qui déforme la
trajectoire de la lumière. Ce phénomène, prédit par la théorie de
la relativité générale d’Albert Einstein, est connu sous le nom de
lentille gravitationnelle.
Dans le cas particulier de
JWST-ER1, cette lentille gravitationnelle a créé un effet
remarquable appelé anneau d’Einstein. Un tel anneau
se forme lorsque la source lumineuse, la lentille gravitante et
l’observateur sont alignés de manière très
précise. Les rayons lumineux se retrouvent alors déviés
autour de la masse intermédiaire et finissent par se rejoindre de
l’autre côté, formant ainsi un cercle de lumière.
Une galaxie plus dense qu’elle n’y paraît
En évaluant l’ampleur de la
déformation de l’espace-temps causée par JWST-ER1g, les chercheurs
ont alors estimé que la galaxie possède une masse d’environ
650 milliards de fois celle du Soleil, ce qui la
place parmi les galaxies les plus denses pour leur
taille.
En retranchant la masse provenant
des étoiles visibles de cette estimation totale, les physiciens ont
ensuite pu quantifier la contribution de la matière noire dans la
composition de la galaxie. D’après les calculs, celle-ci pourrait
approximativement combler la moitié de l’écart de masse
observé, suggérant qu’une autre source de masse pourrait
être nécessaire pour expliquer pleinement les résultats de la
lentille gravitationnelle observée.
La galaxie JWST-ER1, remarquablement dense, et son anneau
d’Einstein, capturés par le télescope spatial James Webb l’année
dernière. Crédits : P. van Dokkum et al., Nature Astronomy,
2023Plusieurs hypothèses, dont
certaines en lien avec la matière noire
Les chercheurs avancent plusieurs
idées pour expliquer la nature de cette masse supplémentaire. Une
possibilité est qu’il y ait une population d’étoiles plus
dense que ce que l’on pensait auparavant dans la galaxie
JWST-ER1g. Si c’est le cas, cela pourrait contribuer à une partie
de la masse manquante observée.
Un autre scénario envisagé est
celui où la matière ordinaire (gaz et étoiles) se contracte
et se condense dans le halo de matière noire de JWST-ER1g.
Cette contraction pourrait augmenter la densité de matière dans la
galaxie, contribuant ainsi à l’écart de masse observé. Cette
densification pourrait se produire à différentes échelles, depuis
des régions localisées de formation stellaire jusqu’à des
structures galactiques plus vastes telles que les bras spiraux ou
les noyaux actifs de galaxies.
Enfin, une hypothèse plus
audacieuse concerne cette fois la nature même de la matière noire.
Les chercheurs envisagent en effet la possibilité que celle-ci
interagisse avec elle-même, créant ainsi des
processus autoentretenus qui affectent sa densité et sa
distribution dans la galaxie. Cette interaction pourrait alors
expliquer l’écart de masse observé, ainsi que d’autres
caractéristiques intrigantes de JWST-ER1g.
En combinant des observations
supplémentaires avec des simulations informatiques et des modèles
théoriques avancés, les chercheurs espèrent élucider l’origine de
cette masse supplémentaire et comprendre en détail la dynamique
complexe de JWST-ER1g. Ces investigations approfondies pourraient
non seulement éclairer notre compréhension de la matière noire et
de la formation des galaxies, mais aussi ouvrir de nouvelles
perspectives sur la physique fondamentale de l’Univers.
Les détails de l’étude sont publiés
dans The Astrophysical Journal
Letters.