Comment transformer deux galaxies en dix

Titre: Une traînée de galaxies sans matière noire provenant d’une collision naine de balle

Auteurs: Pieter van Dokkum, Zili Shen, Michael A. Keim, Sebastian Trujillo-Gomez, Shany Danieli, Dhruba Dutta Chowdhury, Roberto Abraham, Charlie Conroy, JM Diederik Kruijssen, Daisuke Nagai, Aaron Romanowsky

Institution du premier auteur : Université de Yale, New Haven, CT, États-Unis

Statut: Publié dans Nature [open access]disponible sur arXiv

La nature de matière noire est l’un des plus grands mystères de la physique. Tout ce que nous savons réellement de cet étrange type de matière, c’est qu’il ne subit aucune les forces autre que la gravité. Cela le rend totalement invisible et lui permet de passer à travers d’autres matières, telles que les étoiles, les planètes et nous, presque complètement inaperçues. Malgré cela, preuve des dernières décennies signifie que nous savons que la matière noire existe, et qu’il y en a beaucoup – environ six fois plus que toute la matière visible de notre Univers ! De plus, nous savons que la plupart des grandes structures astronomiques, telles que les galaxies et amas de galaxiessont incorporés dans de grands, sphériques auréoles de matière noire.

L’une des preuves les plus frappantes de la matière noire est la Grappe de balles, illustré à la figure 1. Cette image est en fait le résultat de deux amas de galaxies qui se sont écrasés l’un contre l’autre et sont maintenant côte à côte. En rose, le gaz chaud et visible dans ces clusters est représenté, qui a été tiré vers le milieu des deux clusters par glisser les forces. Utilisant faible lentille gravitationnelle pour étudier la lumière des galaxies à l’arrière-plan de cette image, on peut déduire la localisation de la matière dans ces amas, ce qui est indiqué par les zones bleues. Le fait que les distributions de gaz chaud et de masse ne se chevauchent pas nous indique que, tandis que la matière régulière de ces amas est agitée et attirée vers le centre, il y a du matériel d’amas supplémentaire qui vole sans entrave – notre vieil ami, matière noire!

Figure 1: Le groupe de puces, représenté par trois images superposées distinctes. Les galaxies des deux amas en collision (ainsi que les galaxies d’arrière-plan) sont représentées dans des longueurs d’onde optiques (visibles). Les deux régions roses près du centre de l’image montrent les rayons X émis par le gaz chaud de l’amas, montrant que ces deux nuages ​​sont entrés en collision et ont été entraînés vers la région centrale. Les deux régions circulaires bleues montrent où se trouve la majorité de la masse des amas, indiquant qu’une grande partie de leur masse est constituée de matière non visible. Crédit : Chandra/Magellan/NASA/STScI/ESO.

Ce même processus peut, en principe, se produire à plus petite échelle. L’article d’aujourd’hui apporte la preuve de deux galaxies naines ayant déjà connu une collision similaire à l’amas de balles, et poursuit en expliquant comment cela pourrait expliquer certains des types de galaxies les plus étranges que nous observons dans notre univers.

Un coup d’œil

Ce document se penche sur la NGC1052 galaxie groupeet en particulier, deux galaxies naines de ce groupe, appelées DF2 et DF4. Ces galaxies sont remarquables parce qu’elles sont galaxies ultra-diffuses, qui contiennent très peu d’étoiles mais ont un diamètre similaire aux autres galaxies, ce qui signifie qu’elles sont très faibles. De nombreuses galaxies ultra-diffuses, dont DF2 et DF4, contiennent également très peu de matière noire, et la raison pour laquelle elles diffèrent ainsi des autres galaxies est encore inconnue.

Mais, nous approchons peut-être d’une réponse! Les auteurs suggèrent qu’une collision entre deux galaxies, les prédécesseurs de DF2 et DF4, s’est produite il y a environ 8 milliards d’années. La figure 2 montre à quoi aurait ressemblé une telle collision et quel en serait le résultat à l’heure actuelle.

Diagramme schématique, montrant une galaxie (

Figure 2: Schéma montrant la collision entre DF2 et DF4, à proximité de la galaxie NGC1052, qui se trouve au centre d’un groupe de galaxies. Dans ce scénario, une galaxie (ancêtre 1) est entrée en collision avec un membre du groupe NGC1052 (ancêtre 2) il y a environ 8 milliards d’années. Cela a retiré les étoiles des halos de matière noire des progéniteurs 1 et 2, qui sont alors devenus respectivement les galaxies DF2 et DF4. Des parties de ces galaxies ont été emportées par la collision, devenant d’autres petites galaxies entre les deux. Adapté de la figure 1 dans l’article d’aujourd’hui.

Une telle collision pourrait se traduire par des positions et des vitesses de DF2 et DF4 cohérentes avec les observations : qu’elles sont séparées par une distance de 2,1 MPC (environ 7 millions d’années-lumière) et s’éloignent l’une de l’autre à 358 km/s. De plus, cette collision pourrait entraîner la séparation des halos de matière noire et des composants stellaires de ces galaxies, de la même manière que ce qui s’est produit dans le Bullet Cluster, laissant deux galaxies avec très peu de matière noire restante : DF2 et DF4. Les auteurs prédisent également que des parties de ces galaxies seraient dépouillé loin, conduisant à un arc d’environ 10 galaxies plus petites, ainsi que deux “galaxies sombres”, composé presque entièrement de matière noire !

Un gâchis cosmique

Pour étayer leurs affirmations, les auteurs présentent des données d’observation de DF2 et DF4, ainsi que la région de l’espace entre eux. L’image de cette région est représentée sur la figure 3, qui ressemble étrangement à la figure 2 ! Étonnamment, les observations correspondent exactement à ce qui est prédit par une collision de type Bullet Cluster entre deux galaxies : une chaîne de petites galaxies faibles situées sur une ligne entre DF2 et DF4 peut être vue, ainsi qu’une galaxie compagnon à proximité de chacune d’entre elles. deux, qui se sont tous deux révélés être presque entièrement constitués de matière noire.

Image montrant une longue ligne de 13 objets, chacun identifié comme une galaxie, similaire au schéma de la figure 2. Une galaxie brillante au milieu, la galaxie du groupe central NGC1052, est mise en évidence dans un cercle rouge pointillé.  Deux galaxies plus petites de chaque côté sont étiquetées DF2 et DF4.  À proximité de chacun d'eux, une galaxie très faible est mise en évidence par un carré bleu, indiquant qu'il s'agit des compagnons riches en matière noire de DF2 et DF4 dont l'existence était prévue.  Des images zoomées de chacune des galaxies sont incrustées, montrant qu'il s'agit généralement de galaxies sphéroïdales faibles.

Figure 3: Image du groupe NGC1052 et des galaxies proches. La galaxie centrale NGC1052 est mise en évidence par un cercle rouge pointillé, les galaxies ultra-diffuses DF2 et DF4 par des cercles verts pleins, et deux galaxies composées presque entièrement de matière noire (RCP32 et DF7) sont représentées par des carrés bleus. Plusieurs autres galaxies faibles sont marquées dans de petits carrés blancs, le long d’une ligne entre DF2 et DF4, reflétant la prédiction de la figure 2. Adapté de la figure 3 dans l’article d’aujourd’hui.

Ce travail fournit une histoire d’origine pour les galaxies de cette région de l’Univers et explique leurs caractéristiques inhabituelles – en particulier, pourquoi certaines ont si peu de matière noire, et certaines en ont beaucoup plus que la moyenne. Des collisions similaires pourraient expliquer d’autres galaxies avec un contenu atypique en matière noire. Mais surtout, la formation de ces systèmes dépendra des propriétés des halos de matière noire des galaxies. Étudier des galaxies ainsi déchirées pourrait nous aider à contraindre propriétés de la matière noireet faites un pas de plus pour enfin comprendre cette partie insaisissable de l’Univers.

Astrobite édité par Sarah Bodansky

Crédit image en vedette : Figure 2 de l’article d’aujourd’hui, van Dokkum et al., 2022

À propos de Roan Haggar

Je suis doctorant à l’Université de Nottingham, travaillant avec des simulations hydrodynamiques d’amas de galaxies pour étudier l’évolution des galaxies en chute libre. Je cogère également un planétarium portable que nous emmenons dans les écoles de la région. Mes passe-temps plus terrestres incluent l’escalade et aller dans des salles de concert où je ne suis jamais allé auparavant.

Facebook
Twitter
LinkedIn
Pinterest

Leave a Reply

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

ADVERTISEMENT