Une masse géante de matière noire pourrait avoir déformé notre galaxie
Une énorme masse invisible pourrait être à l’origine de la déformation et de la torsion du disque de la Voie lactée.
Image d’entête : la forme de notre Voie lactée, comme le suggèrent les observations de jeunes étoiles variables de notre galaxie, appelées Céphéides. (J. Skowron/ OGLE/ Astronomical Observatory/ Université de Varsovie)
Une nouvelle étude montre qu’un halo de matière noire (ou halo noir) incliné et mal aligné, une grande masse de matière noire qui entoure et imprègne notre galaxie, est la seule explication à ce jour qui permette de comprendre toutes les caractéristiques de la forme de la Voie lactée. Il n’y a pas de quoi s’alarmer, mais cela pourrait fournir de nouvelles informations sur l’évolution de la Voie lactée au fil du temps, que l’on reconstitue peu à peu, indice par indice.
Selon une équipe de chercheurs dirigée par l’astrophysicien Jiwon Jesse Han du Centre d’astrophysique de Harvard et du Smithsonian Center for Astrophysics (CfA/ États-Unis) :
Nous montrons ici qu’un halo noir incliné dans la même direction que le halo stellaire peut induire une déformation et une éruption dans le disque galactique avec la même amplitude et la même orientation que les données. Ces résultats, combinés aux données du halo stellaire, fournissent des preuves irréfutables que notre galaxie est intégrée dans un halo de matière noire incliné. Ce désalignement du halo sombre et du disque contient des indices sur l’histoire de la formation de la galaxie et représente la prochaine étape dans la modélisation dynamique du potentiel galactique.
Il est difficile de voir la forme d’une galaxie dans laquelle on vit. Il ne suffit pas d’envoyer un télescope dans l’espace intergalactique pour prendre une photo. Les astronomes savaient donc depuis longtemps que le disque était déformé, mais ils ne disposaient pas de suffisamment de données pour comprendre ce qui se passait. Ce n’est qu’avec Gaia, un télescope spatial qui cartographie avec une grande précision la position et la vitesse des étoiles de la Voie lactée, que les astronomes ont pu cartographier en détail la déformation de la Voie lactée.
Illustration de la déformation de la Voie lactée. (ESA/ Stefan Payne-Wardenaar)
À la périphérie de la galaxie, les astronomes ont trouvé des preuves solides, toujours plus nombreuses, d’un “gauchissement et d’une éruption”. Mais on ne sait pas exactement ce qui a pu les provoquer. La principale explication est une interaction, passée ou en cours, avec une autre galaxie. Cependant, aucune des explications proposées à ce jour ne permet d’expliquer à la fois la distorsion et l’éruption, selon Han et ses collègues, l’astronome Charlie Conroy et l’astrophysicien Lars Henquist, tous deux également du CfA.
L’année dernière, cependant, une équipe dirigée par Han et Conroy a fait une découverte intéressante. Le halo d’étoiles autour de la galaxie, le globe diffus de gaz et d’étoiles dans lequel tourne le disque galactique, est également désaxé. Les chercheurs en ont conclu que le halo noir de la Voie lactée était lui aussi fortement incliné. Il s’agit d’un globe de matière noire qui entoure la plupart des galaxies, une masse autrement indétectable qui interagit gravitationnellement avec la matière normale de l’Univers. Les chercheurs ont donc procédé à des simulations et à des modélisations pour voir s’ils pouvaient reproduire la forme observée de la Voie lactée, avec ses déformations, ses éruptions et tout le reste.
Ils ont créé un modèle de galaxie dans lequel le halo noir était incliné de 25° par rapport au disque de la Voie lactée, et ils ont calculé les orbites des étoiles et du gaz sur une période de 5 milliards d’années. Ils ont constaté que, lorsque le halo de matière noire est incliné, la périphérie de la galaxie se déforme et s’enflamme, exactement comme le montrent les observations de la Voie lactée par Gaia.
Cela ne veut pas dire qu’il n’y a pas d’interaction galactique. En fait, c’est probable, selon l’équipe. Mais leurs résultats suggèrent que l’interaction était passée et non en cours. Leur simulation a montré qu’une collision avec une autre galaxie peut faire basculer le halo noir significativement, et que la déformation du disque galactique se produit rapidement, dans l’orbite qui suit le basculement du halo noir.
Après l’événement, l’inclinaison du halo revient lentement à la normale. Dans la simulation, après une collision galactique survenue il y a 7 milliards d’années, le halo noir d’un analogue de la Voie lactée a mis environ 5 milliards d’années pour passer de 50 à 20°.
Pour les chercheurs :
Ce résultat montre que le halo noir de la Voie lactée était probablement plus incliné dans le passé et qu’il a diminué jusqu’à sa valeur actuelle (~25 degrés).
L’étude publiée dans Nature Astronomy : A tilted dark halo origin of the Galactic disk warp and flare et disponible en prépublication dans arXiv.