Résumé :
Les astronomes espèrent depuis longtemps rechercher des preuves de la présence de matière noire à travers les fissures, les courbures et autres structures inhabituelles dans les flux d'étoiles autour de la Voie lactée. Cependant, une nouvelle étude de l'Université de Washington montre que même sans les minuscules amas de matière noire censés créer ces caractéristiques, la structure gravitationnelle de la galaxie elle-même peut produire à peu près le même phénomène.
Les flux stellaires sont des rubans allongés d'étoiles en orbite autour des galaxies. Les chercheurs ont simulé environ 15 000 flux stellaires dans quatre galaxies virtuelles de taille similaire à la Voie lactée et ont délibérément exclu les petits amas de matière noire appelés « sous-halos de matière noire ». Après l’équivalent de 5 milliards d’années d’évolution simulée, presque tous les courants stellaires ont développé des structures irrégulières à des degrés divers, et seuls 70 sont restés complètement lisses.
Arpit Arora, premier auteur du document de recherche et chercheur postdoctoral en astronomie à l'Université de Washington, a déclaré que les résultats de la simulation montrent que la galaxie hôte elle-même peut former diverses anomalies courantes dans les flux d'étoiles réels. Désormais, les chercheurs peuvent d’abord prédire les effets des galaxies elles-mêmes, puis isoler davantage la partie qui pourrait réellement être causée par la matière noire.
Des recherches pertinentes ont été publiées dans l'Astrophysical Journal.
Ces distorsions proviennent principalement de l'inhomogénéité de la structure interne de la galaxie. Dans la simulation, les étoiles ne sont pas réparties uniformément sur le disque de la galaxie, mais forment des régions de densités différentes, similaires aux structures complexes des galaxies réelles. Lorsque des flux d’étoiles traversent des régions plus denses, des champs gravitationnels inégaux peuvent les plier, les déchirer ou les disperser.
Alora s'attendait à l'origine à ce que la galaxie crée des anomalies, mais elle ne s'attendait pas à ce qu'il y en ait un si grand nombre. Presque tous les cours d'eau subissent une sorte de changement structurel, a-t-il déclaré, ce qui signifie que l'hypothèse traditionnelle selon laquelle les cours d'eau sont intrinsèquement allongés et lisses n'est pas nécessairement vraie.
Les morphologies apparues lors de la simulation comprenaient des ondulations, des courbures, des plis, des saillies, des branches, des espaces et des amas stellaires. Certains flux stellaires sont même complètement déchirés par l’environnement gravitationnel complexe et en constante évolution de la galaxie hôte. Les flux d'étoiles plus proches du noyau de la galaxie ont tendance à développer des caractéristiques plus irrégulières car ils traversent plus fréquemment des régions denses et structurellement complexes.
Cette découverte rend plus difficile l'utilisation des flux stellaires pour étudier la matière noire. On pense que la matière noire occupe la grande majorité de la masse de l’univers et constitue le « squelette » nécessaire à la formation des galaxies. Cependant, il n’interagit pas avec la lumière et n’interagit pratiquement pas directement avec la matière ordinaire. Les scientifiques ne peuvent actuellement déduire son existence que grâce aux effets gravitationnels.
Nora Shipp, professeur adjoint d'astronomie à l'Université de Washington et co-auteur de l'article, a déclaré que la Voie lactée est l'un des meilleurs laboratoires pour étudier la matière noire et que les flux stellaires sont l'un de ses outils les plus efficaces. Les flux stellaires se forment lorsqu'un groupe d'étoiles pénètre dans une galaxie et est capturé par sa gravité. Lorsque ce groupe d'étoiles tourne autour de la galaxie, la gravité de la galaxie l'étire en rubans allongés. La plupart des galaxies peuvent avoir des flux stellaires, mais celles situées autour de la Voie lactée sont les plus faciles à observer.
De nombreux flux d'étoiles dans la Voie Lactée présentent des lacunes et des plis. Dans le passé, les astronomes ont émis l’hypothèse que ces structures pourraient être formées par des perturbations gravitationnelles dans des flux d’étoiles passant à proximité de sous-halos de matière noire. Si cette explication est vraie, la forme du flux stellaire devrait aider les scientifiques à comprendre la composition et la répartition de la matière noire.
Cependant, de nouvelles simulations montrent qu'avant d'attribuer ces distorsions à la matière noire, les chercheurs doivent d'abord exclure des effets similaires provenant de la galaxie hôte elle-même. Arora prévoit d'ajouter des amas de matière noire dans les simulations ultérieures et de tester s'ils produisent des modèles uniques qui se distinguent des effets de la galaxie elle-même.
De futures observations pourraient également aider les scientifiques à faire cette distinction. Le télescope Simoni Survey de la National Science Foundation et l'observatoire Vera C. Rubin du ministère de l'Énergie devraient découvrir davantage de flux stellaires de la Voie lactée. Une quantité plus riche de données d'observation pourrait aider les astronomes à classer différentes structures dans les flux stellaires et à rechercher des « empreintes digitales » liées avec plus de confiance à la matière noire.
James Davenport, professeur adjoint de recherche en astronomie à l'Université de Washington, a souligné qu'il n'existe aucun moyen simple et direct de révéler la structure de la matière noire. Bien que les flux stellaires soient des systèmes complexes, ils restent l’un des moyens les plus précieux d’étudier la matière noire à proximité du système solaire.
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