La matière noire est quasiment absente de cette grosse galaxie, ce qui déconcerte totalement les astronomes
Pour la première fois, des cosmologistes ont découvert qu’une galaxie massive ne contenait pas de matière noire, ce qui les a laissés perplexes.
Conformément à nos modèles cosmologiques dominants, la matière noire représente environ 85 % de la masse de l’Univers. Même si les efforts déployés pour étudier cette mystérieuse masse invisible n’ont abouti à aucune preuve directe, les astrophysiciens ont pu mesurer son influence en observant les halos de matière noire, les lentilles gravitationnelles et l’effet de la relativité générale sur les structures cosmiques à grande échelle. Et avec l’aide de missions de nouvelle génération telles que les télescopes spatiaux Euclid de l’ESA et Nancy Grace Roman de la NASA, la matière noire ne devrait plus rester un mystère très longtemps.
Et voilà que survient une découverte : une galaxie massive qui semble n’avoir que peu ou pas de matière noire. NGC 1277 est une galaxie dont la masse est plusieurs fois supérieure à celle de la Voie lactée. Son étrange composition est décrite en détail dans une nouvelle étude (lien plus bas).
Image d’entête : comparaison entre une galaxie conventionnelle (ESO 325-G004) enveloppée dans un halo de matière noire, occupant le plateau le plus lourd de la balance, et la galaxie NGC 1277 (à gauche), dans laquelle l’étude de la distribution de masse révèle l’absence de matière noire. (Gabriel Pérez Díaz/ IAC)
Selon le premier auteur, Sébastien Comerón, astronome à l’université de La Laguna (ULL) en Espagne et chercheur au Centre international d’astronomie (IAC) :
Ce résultat ne cadre pas avec les modèles cosmologiques actuellement acceptés, qui incluent la matière noire. Dans le modèle standard actuel de la cosmologie, la matière noire représente environ 85 % de toute la matière de l’univers, ce qui signifie que seul un sixième est constitué de la matière visible « ordinaire » avec laquelle nous interagissons tous les jours.
La matière noire est difficile à déceler. Elle n’interagit pas de la même manière que la matière normale, et la seule preuve de son existence est l’effet gravitationnel qu’elle exerce sur les étoiles et le gaz dans les galaxies.
NGC 1277 est une « galaxie relique », c’est-à-dire une galaxie qui n’interagit pas avec ses voisines. Les galaxies reliques sont très rares et on pense qu’elles sont les vestiges de galaxies géantes qui se sont formées au début de l’univers.
La galaxie lenticulaire NGC 1277 prise avec le télescope spatial Hubble. Cette petite galaxie aplatie contient l’un des plus gros trous noirs jamais trouvés. Avec 17 milliards de masses solaires, le trou noir pèse 14 % de la masse totale de la galaxie. (NASA)
Selon Comerón :
L’importance des galaxies reliques pour nous aider à comprendre comment les premières galaxies se sont formées est la raison pour laquelle nous avons décidé d’observer NGC 1277 à l’aide d’un spectrographe à champ intégral. À partir des spectres, nous avons établi des cartes qui nous ont permis de déterminer la distribution de la masse à l’intérieur de la galaxie dans un rayon de quelque 20 000 années-lumière.
D’après leurs résultats, NGC 1277 ne contient pas plus de 5 % de matière noire. La distribution de sa masse a été déterminée par ses seules étoiles. Les modèles cosmologiques actuels prévoient qu’une galaxie de cette taille devrait contenir de 10 à 70 % de matière noire.
Pour le Dr Ignacio Trujillo, chercheur à l’IAC et à l’ULL :
Cet écart entre les observations et ce que nous attendons est une énigme, et peut-être même un défi pour le modèle standard.
Pour expliquer l’absence de matière noire dans NGC 1277, l’équipe évoque deux possibilités détaillées par le Dr Anna Ferré-Mateu, également de l’IAC et de l’ULL :
La première est que l’interaction gravitationnelle avec le milieu environnant au sein de l’amas de galaxies dans lequel cette galaxie est située a éliminé la matière noire. L’autre théorie est que la matière noire a été chassée du système lorsque la galaxie s’est formée par la fusion de fragments protogalactiques, ce qui a donné naissance à la galaxie relique.
Mais aucune de ces deux théories ne satisfait les chercheurs. Ils prévoient donc de poursuivre leurs observations à l’aide du télescope William Herschel de l’observatoire Roque de los Muchachos, sur L’île de La Palma, aux Canaries.
Il est peut-être surprenant de constater que l’absence apparente de matière noire dans NGC 1277 constitue une preuve supplémentaire de son existence et remet en question d’autres théories expliquant les effets observés dans les galaxies, comme celles qui mettent en avant une légère modification des lois gravitationnelles sur de grandes échelles.
Selon Trujillo :
Bien que la matière noire d’une galaxie donnée puisse être perdue, une loi gravitationnelle modifiée doit être universelle. Elle ne peut pas avoir d’exceptions. Une galaxie sans matière noire est donc une réfutation de ce type d’alternative à la matière noire.
L’étude publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics : The massive relic galaxy NGC 1277 is dark matter deficient et présentée sur le site de l’Université de La Laguna : La ULL y el IAC lideran una investigación que evidencia por primera vez una galaxia masiva sin materia oscura.
