Une vision radicalement nouvelle des galaxies naines entourant la Voie lactée

Généralement considérées comme des satellites à longue durée de vie de notre galaxie, une nouvelle étude révèle désormais que la plupart des galaxies naines pourraient en fait être détruites peu après leur entrée dans le halo galactique.

Grâce au dernier catalogue du satellite Gaia de l’ESA, une équipe internationale a démontré que les galaxies naines pourraient être hors d’équilibre.

Publié dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Societyl’étude ouvre des questions importantes sur le modèle cosmologique standard, notamment sur la prévalence de la matière noire dans notre environnement le plus proche.

On a longtemps supposé que les galaxies naines autour de la Voie lactée étaient d’anciens satellites en orbite autour de notre galaxie depuis près de 10 milliards d’années. Cela les obligeait à contenir d’énormes quantités de matière noire pour les protéger des énormes effets de marée dus à l’attraction gravitationnelle de notre galaxie. On a supposé que la matière noire était à l’origine des grandes différences observées dans les vitesses des étoiles au sein de ces galaxies naines.

Les dernières données de Gaia ont révélé une vision complètement différente des propriétés des galaxies naines. Les astronomes de l’Observatoire de Paris-PSL, du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) et de l’Institut Leibniz d’Astrophysique de Potsdam (AIP) ont pu dater l’histoire de la Voie Lactée, grâce à la relation qui lie l’énergie orbitale de un objet à son époque d’entrée dans le halo, au moment où ils ont été capturés pour la première fois par le champ gravitationnel de la Voie Lactée : les objets arrivés tôt, lorsque la Voie Lactée était moins massive, ont des énergies orbitales inférieures à celles des arrivées récentes.

Les énergies orbitales de la plupart des galaxies naines sont étonnamment bien plus grandes que celles de la galaxie naine du Sagittaire qui est entrée dans le halo il y a 5 à 6 milliards d’années. Cela implique que la plupart des galaxies naines sont arrivées beaucoup plus récemment, il y a moins de trois milliards d’années.

Une arrivée aussi récente implique que les naines proches viennent de l’extérieur du halo, où presque toutes les galaxies naines contiennent d’énormes réservoirs de gaz neutre. Les galaxies riches en gaz ont perdu leur gaz lorsqu’elles sont entrées en collision avec le gaz chaud du halo galactique. La violence des chocs et les turbulences ont complètement modifié les galaxies naines.

Alors que les galaxies naines autrefois riches en gaz étaient dominées par la rotation du gaz et des étoiles, lorsqu’elles se transforment en systèmes sans gaz, leur gravité est équilibrée par les mouvements aléatoires de leurs étoiles restantes.

Les galaxies naines perdent leur gaz dans un processus si violent qu’il les met hors d’équilibre, ce qui signifie que la vitesse de déplacement de leurs étoiles n’est plus en équilibre avec leur accélération gravitationnelle. Les effets combinés de la perte de gaz et des chocs gravitationnels dus à la plongée dans la galaxie expliquent bien les vitesses généralisées des étoiles au sein des restes de galaxies naines.

L’une des curiosités de cette étude est le rôle de la matière noire. Premièrement, l’absence d’équilibre empêche toute estimation de la masse dynamique des naines de la Voie lactée et de leur contenu en matière noire.

Deuxièmement, alors que dans le scénario précédent, la matière noire protégeait la supposée stabilité des galaxies naines, invoquer la matière noire devient plutôt gênant pour les objets déséquilibrés. En fait, si la naine avait déjà contenu beaucoup de matière noire, elle aurait stabilisé son disque rotatif initial d’étoiles, empêchant ainsi la transformation de la naine en une galaxie aux mouvements stellaires aléatoires, comme observé.

L’arrivée récente décrite de galaxies naines et leurs transformations dans le halo expliquent bien de nombreuses propriétés observées de ces objets, en particulier pourquoi ils ont des étoiles à de grandes distances de leur centre. Leurs propriétés semblent compatibles avec une absence de matière noire, contrairement à la compréhension antérieure selon laquelle les galaxies naines étaient les objets les plus dominés par la matière noire.

De nombreuses questions se posent désormais, notamment : où se trouvent les nombreuses galaxies naines dominées par la matière noire que le modèle cosmologique standard prévoit autour de la Voie lactée ? Comment pouvons-nous déduire le contenu en matière noire d’une galaxie naine si l’équilibre ne peut être supposé ? Quelles autres observations pourraient faire la distinction entre les galaxies naines hors équilibre proposées et l’image classique avec des naines dominées par la matière noire ?