Le mystère de la galaxie sans matière noire résolu

Résultat scientifique
Univers

Selon la théorie de formation des galaxies, toutes les galaxies résident dans des halos de matière noire, ce qui permet d’expliquer toutes leurs propriétés observées. En 2018, une équipe états-unienne publia dans la revue Nature des observations d’une galaxie qui ne semblait pas contenir de matière noire, remettant fortement en cause la théorie. Une équipe internationale, impliquant un astrophysicien du Laboratoire d'étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (LERMA, CNRS/Observatoire de Paris-PSL/Université Cergy-Pontoise/Sorbonne Université), a résolu le mystère entourant cette galaxie en mesurant sa distance. La galaxie se trouve en réalité beaucoup plus près que supposé, et sa masse est bien dominée par la matière noire. La théorie actuelle de formation des galaxies n’a donc pas été réfutée.

« Nous devons généralement conclure que plus un fait est extraordinaire, plus il a besoin d'être appuyé de fortes preuves. » Pierre-Simon Laplace (1814)

L’an dernier l’annonce spectaculaire de la découverte d’une galaxie qui ne semblait pas avoir de matière noire remettait en question la théorie actuelle de formation des galaxies. En effet, des galaxies sans matière noire sont impossibles à comprendre dans ce scénario car le rôle de la matière noire est déterminant pour expliquer à la fois le mouvement des étoiles dans les galaxies, le mouvement des galaxies au sein des amas de galaxies, ainsi que leur distribution dans l’espace. Aucune observation n’avait jusqu’à présent permis de réfuter la théorie. 

Les observations de cette galaxie qui se trouve dans la constellation de la Baleine semblaient montrer qu’autant ses couleurs et sa dynamique étaient normales, autant les propriétés des amas globulaires autour d’elle étaient bizarres (trop lumineux, trop grands) et elle semblait être vide de toute matière noire.

Cette galaxie avait en fait été découverte en 1976 sur des plaques photographiques prises en Australie, et appartient à une classe de galaxies appelées ultra diffuses car contrairement aux galaxies normales elles sont très étendues et très peu brillantes, ce qui rend très difficile des observations détaillées.

Alors que des théories alternatives commençaient à être proposées, une équipe internationale a utilisé cinq méthodes différentes pour mesurer sa distance, avec un résultat surprenant. En effet, au lieu de trouver une distance d’environ 64 millions d’années-lumière, comme les auteurs de la découverte avaient estimé, les cinq méthodes donnaient une distance beaucoup plus petite de 41 millions d’années-lumière.

Avec cette nouvelle distance, la galaxie devient tout à fait banale: ses amas globulaires sont normaux, et son contenu en matière noire dépasse de 20 fois sa masse en étoiles. La théorie actuelle de la formation et de l’évolution des galaxies n’est donc pas remise en question. Pour l’instant.

La galaxie ultra diffuse KKS2000-04 observée avec le télescope Gemini (Hawaii) et avec le télescope Hubble (détail). La distance nouvellement mesurée de 41 millions d’années-lumière implique qu’elle réside dans un halo de matière noire, qui domine le mouvement de ses étoiles.

Sources

I. Trujillo, et al., A distance of 13 Mpc resolves the claimed anomalies of the galaxy lacking dark matter Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2019) doi: 10.1093/mnras/stz771

Le communiqué de presse de l'IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias) est disponible sur ce lien (en espagnol).

L'Observatoire Gemini, dont sont issues certaines des observations de la galaxie KKS2000-04, a également publié une note sur son site (en anglais).

Contact

David Valls-Gabaud
LERMA (CNRS/Obs. de Paris - PSL)