Le satellite Gaia a repéré une énorme galaxie « fantôme »

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Une équipe internationale d’astronomes, y compris de l’Université de Cambridge, a découvert un énorme objet en parcourant les données du satellite Gaia de l’agence spatiale européenne (ESA). L’objet, nommé Antlia 2 (ou Ant 2), n’a pas été détecté jusqu’à présent à cause de sa densité extrêmement faible, ainsi qu’une cachette parfaitement choisie; derrière le linceul du disque de la Voie Lactée. Les chercheurs ont publié leurs résultats en ligne aujourd’hui.

Un galaxie « fantôme » découverte par Gaia

Ant 2 est une galaxie naine. comme les structures ont émergé dans l’univers primitif, les naines ont été les premières galaxies à se former, et donc la plupart de leurs étoiles sont vieilles, de faible masse et pauvres en métal. Mais comparé aux autres galaxies naines connues de notre galaxie, Ant 2 est immense: elle est aussi grande que le Grand Nuage de Magellan (LMC), et un tiers de la taille de la Voie Lactée.

Ce qui rend Ant 2 encore plus inhabituelle, c’est le peu de lumière qu’elle émet, comparé au LMC. Ant 2 est 10 000 fois plus faible. En d’autres termes, elle est soit trop grande pour sa luminosité, soit trop faible pour sa taille.

« C’est une galaxie fantôme », a déclaré Gabriel Torrealba, l’auteur principal de cette découverte. « Des objets aussi diffus qu’Ant 2 n’ont tout simplement pas été vus auparavant. Notre découverte n’a été possible que grâce à la qualité des données de Gaia. »

La mission de Gaia de l’ESA a produit le catalogue d’étoiles le plus riche à ce jour, comprenant des mesures de haute précision de près de 1,7 milliard d’étoiles et révélant des détails inédits de notre galaxie d’origine. Plus tôt cette année, la deuxième publication de données de Gaia a mis de nouveaux détails des étoiles dans la Voie Lactée à la disposition des scientifiques du monde entier.

Quelque chose de nouveau

Les chercheurs à l’origine de la présente recherche – de Taïwan, du Royaume-Uni, des États-Unis, de l’Australie et de l’Allemagne – ont cherché dans les nouvelles données de Gaia des satellites de la Voie lactée en utilisant les étoiles RR Lyrae. Ces étoiles sont vieilles et pauvres en métal, typiques de celles que l’on trouve dans une galaxie naine. Les étoiles RR Lyrae changent leur luminosité sur une période d’une demi-journée et peuvent être localisées grâce à leurs impulsions claires et bien définies.

« Les RR Lyrae avaient été trouvés dans chaque galaxie naine connue, donc quand nous avons trouvé un tel groupe au-dessus du disque galactique, nous n’avons pas été totalement surpris », a déclaré le coauteur Vasily Belokurov de l’Institut d’astronomie de Cambridge. « Mais lorsque nous avons regardé de plus près leurs emplacements dans le ciel, il s’est avéré que nous avons trouvé quelque chose de nouveau, car aucun objet identifié auparavant n’était apparu dans aucune des bases de données dans lesquelles nous avons fouillé. »

L’équipe a contacté des collègues du télescope anglo-australien (AAT) en Australie, mais en vérifiant les coordonnées d’Ant 2, ils se sont rendu compte qu’ils n’avaient qu’une fenêtre limitée pour obtenir des données de suivi. Ils ont pu mesurer le spectre de plus de 100 étoiles géantes rouges juste avant que le mouvement de la Terre autour du soleil ne rende Ant 2 inobservable pendant des mois.

Les spectres ont permis à l’équipe de confirmer que l’objet fantomatique qu’ils ont repéré était réel: toutes les étoiles se déplaçaient ensemble. Ant 2 ne s’approche jamais trop de la Voie Lactée, restant toujours à au moins 40 kiloparsèques (environ 130 000 années-lumière). Les chercheurs ont également pu obtenir la masse de la galaxie, qui était beaucoup plus faible que prévu pour un objet de sa taille.

Les « marées galactiques »

« L’explication la plus simple pour laquelle Ant 2 semble avoir si peu de masse aujourd’hui est qu’elle est démontée par les « marées galactiques » de la Voie lactée », a déclaré le coauteur Sergey Koposov de l’Université Carnegie Mellon. « Ce qui reste inexpliqué, cependant, est la taille géante de l’objet. Normalement, quand les galaxies perdent de la masse à cause des marées de la Voie Lactée, elles se rétrécissent, et ne grandissent pas. »

S’il est impossible de gonfler cette naine par l’élimination de la matière, alors Ant 2 doit avoir été énorme à sa naissance. L’équipe cherche encore à comprendre le processus exact qui a engendré Ant 2. Bien que des objets de cette taille et de cette luminosité n’aient pas été prédits par les modèles actuels de formation de galaxies, on a récemment émis l’hypothèse que certaines naines pourraient être gonflées par la formation vigoureuse d’étoiles. Des vents stellaires et des explosions de supernova repousseraient le gaz non utilisé, affaiblissant la gravité qui lie la galaxie et permettant à la matière noire de dériver vers l’extérieur.

« Même si la formation d’étoiles pouvait redessiner la distribution de la matière noire dans Ant 2 telle qu’elle a été mise en place, elle a dû agir avec une efficacité sans précédent », a déclaré le coauteur Jason Sanders, également de Cambridge.

Il pourrait y avoir d’autres naines

Alternativement, Ant 2 avec sa faible densité, pourrait signifier qu’une modification des propriétés de la matière noire est nécessaire. La théorie actuellement privilégiée prédit que la matière noire s’emballe fortement dans les centres des galaxies. « Par rapport au reste de la soixantaine de satellites de la Voie Lactée, Ant 2 est une boule de nerfs », a déclaré le coauteur Matthew Walker, également de l’Université Carnegie Mellon. « Nous nous demandons si cette galaxie n’est pas que la pointe d’un iceberg, et si la Voie Lactée est entourée d’une grande population de naines presque invisibles semblables à celle-ci. »

Ant 2 pour comprendre les premières structures de l’univers

L’écart entre Ant 2 et le reste des naines galactiques est si large que cela pourrait bien être une indication qu’un aspect physique important manque dans les modèles de formation des galaxies naines. La résolution du puzzle d’Ant 2, pourrait aider les chercheurs à comprendre comment les premières structures de l’univers ont émergé. Trouver d’autres objets comme Ant 2 montrerait à quel point ces galaxies fantomatiques sont courantes. En ce moment l’équipe est occupée à chercher d’autres galaxies semblables dans les données de Gaia.

Source : University of Cambridge

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