Un des problèmes liés au modèle de la matière noire froide (Cold Dark Matter) vient peut-être de trouver sa solution : celui des galaxies naines manquantes. En utilisant le télescope du fameux W. M. Keck Observatory, Marla Geha et Josh Simon ont montré que les 8 galaxies naines récemment découvertes en orbite autour de notre Voie Lactée étaient dominées à 99% par de la matière noire, ce qui est bien plus que pour des galaxies de taille moyenne. Les petites structures composées de plusieurs centaines de galaxies naines, satellites des grosses, prédites par les simulations numériques basées sur le modèle CDM, seraient bien là après tout, mais moins riches en étoiles que prévu.
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Pour expliquer les courbes de rotation des galaxies et surtout leur naissance ainsi que celle des amas de galaxiesamas de galaxies, les astrophysiciensastrophysiciens et les cosmologistes ont été conduits à introduire ce qu'on appelle le modèle de la matière noirematière noire. Celle-ci est composée de particules massives inconnues dominant la densité de matière présente dans l'UniversUnivers depuis ses origines.

En fonction de la massemasse des particules composant le plasmaplasma primordial au tout début de l'Univers, celui-ci en se refroidissant va donner lieu à des condensationscondensations similaires à des gouttesgouttes de pluies dans un nuagenuage mais de différentes tailles.

Avec des particules de faible masse, leur vitessevitesse et leur agitation thermique vont rester importantes plus longtemps et la taille des nuages de gazgaz qui vont s'effondrer pour former des étoilesétoiles et des galaxies sera grande. Ainsi, les grandes structures dans le monde des galaxies se formeront les premières : c'est le modèle de la matière noire chaude.

Avec des particules lourdes, c'est l'inverse qui va se produire. Les structures les plus petites apparaîtront les premières au cours de l'évolution de l'Univers et seront majoritaires en nombre : c'est le modèle de la matière noire froide.

Les cosmologistes et les astrophysiciens ont conduit de nombreuses simulations numériquessimulations numériques en CDM impressionnantes pour comprendre la formation et l'évolution des amas des galaxies. Si les prédictions de celles-ci étaient en bon accord avec les observations à grandes échelles, ce n'était pas le cas au niveau des structures à petites échelles. Plus précisément, chaque grosse galaxie devait être entourée de plusieurs centaines de galaxies nainesgalaxies naines : en désaccord avec les observations.

Deux solutions au problème des galaxies naines

Il existe au moins deux moyens de réconcilier les observations avec la théorie tout en conservant le modèle de la matière noire. Le premier est d'ajouter un soupçon de matière chaude, qui va réduire la formation des petites structures, et le second est celui qui est maintenant étayé par les observations avec KeckKeck II.

Les galaxies naines autour de notre Voie Lactée (Crédit: M. Geha).

Les galaxies naines autour de notre Voie Lactée (Crédit: M. Geha).

Plus d'une dizaine de galaxies naines satellites sont connues dont 9 ont été découvertes récemment avec le Sloan Digital Sky Survey(SDSS). Marla Geha et Josh Simon ont donc décidé de regarder d'un peu plus près 8 de ces dernières avec le spectrographespectrographe DEIMOS. Au total, ce sont les vitesses de 814 étoiles qui ont été analysées, soit les vitesses de 18 à 214 étoiles pour chaque galaxie, un record. Ces vitesses sont faibles, de 4 à 7 km/s, mais non seulement la précision de la détermination à seulement quelques kilomètres près est remarquable mais cela a suffi pour remonter à la masse de ces galaxies. Pour s'en rendre compte, il faut un rapport masse de matière noire/masse de matière normale près de 10 fois plus élevé que dans le cas des galaxies de taille normale.

L'interprétation des mesures serait alors la suivante : dans ces galaxies naines fortement dominées par la matière noire froide, au tout début de leur histoire, le flux des radiations des premières étoiles aurait soufflé plus vite que prévu le gaz progéniteur d'étoiles. Les petites galaxies naines seraient alors moins riches en étoiles et donc moins lumineuses que prévu à cause d'un faible taux de formation de nouvelles étoiles par carencecarence en gaz. Mais elles seraient bien là quoique difficilement détectables. Si l'on tient compte de ce biais, alors on peut trouver un accord entre modèle CDM et les observations.

Tout cela reste à confirmer mais les astrophysiciens savent maintenant dans quelle direction la solution de l'énigme des galaxies naines manquantes se trouve très probablement.

Reste que le problème le plus important à résoudre est sans doute la détection directe de cette matière noire ainsi que la détermination précise de sa nature. NeutralinosNeutralinos, axions, neutrinos stériles etc... ?

Les années à venir devraient nous donner la réponse.