La nature et le comportement de la matière noire, la « colle » invisible de l’univers, sont encore entourés de mystère. Bien que les galaxies soient principalement composées de matière noire, comprendre comment la matière noire est distribuée au sein des galaxies permet de mieux comprendre ce qu’est la matière et comment elle est pertinente pour l’évolution des galaxies.
Bien que les simulations informatiques suggèrent que la matière noire devrait s’accumuler au centre des galaxies, ce qu’on appelle le point de densité, certaines observations télescopiques antérieures suggéraient que la matière noire était répartie plus uniformément à travers les galaxies. La raison de cette tension entre modèles et observations reste une énigme pour les astronomes, renforçant le mystère de la matière noire.
Une équipe d’astronomes a utilisé le télescope spatial Hubble de la NASA pour faire la lumière sur ce débat en mesurant le mouvement dynamique des étoiles dans la galaxie naine Draco, un système situé à environ 250 000 années-lumière de la Terre. Grâce à 18 années d’observations, ils ont réussi à créer la compréhension tridimensionnelle la plus précise du mouvement des étoiles dans une petite galaxie. Cela a nécessité l’étude des observations archivistiques de Hubble sur la galaxie Draco sur près de deux décennies.
“Notre modèle est plus cohérent avec une structure en forme de cuspide, ce qui est cohérent avec les modèles cosmologiques”, a déclaré Eduardo Vitral du Space Telescope Science Institute (STScI) à Baltimore et auteur principal de l’étude. “Bien que nous ne puissions pas affirmer avec certitude que toutes les galaxies ont une distribution de matière noire en forme de cuspide, il est passionnant de disposer de données bien mesurées qui vont au-delà de tout ce dont nous disposons déjà.”
tracer le mouvement des étoiles
Pour étudier la matière noire au sein des galaxies, les scientifiques peuvent observer les étoiles et leurs mouvements, qui sont dominés par l’attraction de la matière noire. Un moyen courant de mesurer le mouvement des objets dans l’espace est l’effet Doppler – le changement de longueur d’onde de la lumière observé lorsqu’une étoile s’approche ou s’éloigne de la Terre. Bien que cette vitesse de visibilité directe puisse fournir des informations précieuses, cette source d’informations unidimensionnelle ne permet pas grand-chose de tirer des enseignements.
En plus de se rapprocher ou de s’éloigner de nous, les étoiles se déplacent également dans le ciel, ce qui est mesuré comme leur mouvement naturel. En combinant vitesse de visée et mouvement précis, l’équipe a créé une analyse 3D sans précédent du mouvement de l’étoile.
“Les améliorations des données et celles de la modélisation vont généralement de pair”, a déclaré Roland van der Marel, co-auteur de l’article du STSCI, qui a commencé cette recherche il y a plus de 10 ans. « Si vous ne disposez pas de données très sophistiquées ou uniquement de données unidimensionnelles, des modèles relativement simples peuvent souvent convenir. Plus vous collectez de dimensions et de complexité de données, plus le modèle doit véritablement capturer toutes les nuances pour devenir une figure plus complexe.
Marathon scientifique (pas sprint)
Comme on sait que les galaxies naines ont une proportion de matière noire plus élevée que les autres types de galaxies, l’équipe a travaillé sur la galaxie naine Draco, un satellite proche sphérique relativement petit de la Voie lactée.
« Lorsque vous mesurez un mouvement précis, vous notez la position d’une étoile à une époque, puis mesurez la position de la même étoile plusieurs années plus tard. “Vous mesurez le déplacement pour déterminer dans quelle mesure il bouge”, a déclaré Sangmo Tony Sohn du STSCI, un autre chercheur. -auteur de l’article et chercheur principal du dernier programme d’observation. “Pour ce type d’observation, plus on attend, mieux on mesure le déplacement de l’étoile.”
L’équipe a analysé une série d’époques s’étendant de 2004 à 2022, une référence complète que seul Hubble peut offrir, en raison de sa combinaison d’une vision nette et stable et d’une durée de fonctionnement record. La riche collection de données provenant des télescopes contribue à réduire le niveau d’incertitude dans les mesures du mouvement stellaire. Sa précision équivaut à mesurer une dérive annuelle légèrement inférieure à la largeur d’une balle de golf vue de la Terre sur la Lune.
Grâce à des données tridimensionnelles, l’équipe a réduit le nombre d’hypothèses appliquées dans les études précédentes et a pris en compte les caractéristiques spécifiques des galaxies – telles que leur rotation et la répartition des étoiles et de la matière noire – dans leurs propres efforts de modélisation.
avenir passionnant
Les méthodes et modèles développés pour la galaxie naine Draco pourraient être appliqués à d’autres galaxies à l’avenir. L’équipe a analysé les observations de Hubble de la galaxie naine Sculptor et de la galaxie naine Ursa Minor.
L’étude de la matière noire nécessite l’observation de différents environnements galactiques, et implique également la collaboration de différentes missions de télescopes spatiaux. Par exemple, le prochain télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA contribuera à révéler de nouveaux détails sur la nature de la matière noire entre différentes galaxies grâce à sa capacité à étudier de grandes parties du ciel.
« Ce type d’étude est un investissement à long terme et demande beaucoup de patience », estime Vitral. « Nous avons pu réaliser cette science grâce à toute la planification réelle consacrée à la collecte de ces données sur de nombreuses années. Les informations que nous recueillons sont le résultat d’un grand groupe de chercheurs qui travaillent sur ces sujets depuis des années.
Ces résultats ont été acceptés pour publication Journal d’astrophysique.
Le télescope spatial Hubble est en activité depuis plus de trois décennies et continue de produire des découvertes révolutionnaires qui façonnent notre compréhension fondamentale de l’univers. Hubble est un projet de collaboration internationale entre la NASA et l’ESA (Agence spatiale européenne). Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, gère les opérations du télescope et de la mission. Lockheed Martin Space, basé à Denver, Colorado, soutient également les opérations de mission à Goddard. Le Space Telescope Science Institute (STSCI) de Baltimore, dans le Maryland, géré par l’Association des universités pour la recherche astronomique, mène les opérations scientifiques de Hubble pour la NASA.
2024-07-13 11:11:08
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