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Le Dark Energy Survey débusque des galaxies naines autour de la Voie lactée

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Alors qu'elles cherchaient à mieux comprendre la nature de l'énergie noire dans le cadre du Dark Energy Survey, deux équipes d'astronomes ont découvert ce qui semble être neuf nouvelles galaxies naines et amas globulaires en orbite autour de la Voie lactée. Certaines sont proches des Nuages de Magellan et l'une d'entre elles détient peut-être les clés de la nature de la matière noire.

Les Nuages de Magellan sont bien visibles sur cette photo prise dans le désert de l'Atacama, au Chili, sur le site de l'observatoire du Paranal où se trouve le VLT de l'Eso. Six des nouveaux objets découverts à proximité de la Voie lactée sont représentés, accompagnés de photos pour les plus brillants d'entre eux. © V. Belokurov, S. Koposov (IoA, Cambridge). Photo : Y. Beletsky (Carnegie Observatories)

Le Dark Energy Survey (DES) est un ambitieux programme d'observations que les astronomes mènent au moyen du plus puissant capteur CCD du monde qui possède 570 millions de pixels. La Dark Energy Camera (DECam) équipe depuis 2012 le télescope de 4 mètres Victor M. Blanco installé sur le sommet du Cerro Tololo, un mont de la cordillère des Andes situé au Chili. Avec elle, il est possible de plonger dans le passé de l'univers au moyen des galaxies et des supernovae à des distances pouvant atteindre 8 milliards d'années-lumière et même plus.

L'observation d'environ 300 millions de galaxies contenues dans une portion de la voûte céleste de 5.000 degrés carrés de l'hémisphère sud devrait permettre de percer certains des secrets de l'énergie noire. Il serait alors possible de connaître le destin de l'univers observable et, à coup sûr, de mieux comprendre son passé et l'évolution à l'origine des galaxies.

Le Dark Energy Survey (DES) permettrait d'en savoir davantage sur les galaxies et la matière noire. Pour obtenir une traduction en français, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En cliquant ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « français », puis cliquez sur « OK ». © Fermilab, YouTube

Des galaxies naines ou des amas globulaires ?

Pour observer ces galaxies, le DES combine plusieurs outils comme l'observation des supernovae SN Ia, l'étude des oscillations acoustiques des baryons (baryon acoustic oscillations, ou BAO, en anglais) ou encore l'effet de lentilles gravitationnelles faibles. Bien souvent dans le cadre de campagnes d'observations, des objets astronomiques ou des phénomènes astrophysiques qui ne faisaient pas partie initialement d'un projet d'étude sont quand même découverts. C'est le cas actuellement : des membres du DES ont ainsi découvert une dizaine d'objets qui peuvent prétendre au titre de galaxies naines en orbite autour de la Voie lactée. Il semble que ce soit bien le cas pour trois d'entre eux, les autres pouvant être des amas globulaires. Deux articles déposés surarXiv détaillent cette découverte réalisée en analysant les résultats de la première année d'observation du DES.

Le DES a découvert neuf objets astronomiques (en rouge sur le schéma). Ils sont voisins des Nuages de Magellan (Magella cloud, en anglais sur le schéma) et certains pourraient n'être que des amas globulaires (globular cluster), d'autres sont des galaxies naines (dwarf galaxy). L'image de fond est la carte infrarouge issue de la campagne d'observation 2MASS. © S. Koposov, V. Belokurov (IoA, Cambridge), 2MASS

Les nouveaux objets découverts se trouvent donc sur la voûte céleste que l'on peut observer dans l'hémisphère sud. Certains sont proches des Nuages de Magellan, ce qui pose la question de la relation de ces derniers avec ces galaxies naines qui font partie du voisinage de notre Galaxie. Le Grand Nuage de Magellan est en effet situé à environ 157.000 années-lumière du Soleil dans les constellations de la Dorade et de la Table, le Petit Nuage de Magellan étant quant à lui situé à environ 197.000 années-lumière, dans la constellation du Toucan. Pourquoi n'a-t-on pas découvert ces galaxies naines potentielles plus tôt ? Simplement parce qu'elles sont environ un milliard de fois moins brillantes que la Voie lactée. L'astre le plus proche serait situé à environ 95.000 années-lumière, le second à plus d'un million d'années-lumière.

Le nouvel objet extragalactique Eridanus 2 pourrait être une galaxie naine en orbite autour de la Voie lactée. C'est également le cas d'Eridanus 1. Parmi ces objets, le plus éloigné se situe à environ 1,2 million d'années-lumière de notre Galaxie. © S. Koposov, V. Belokurov (IoA, Cambridge)

Des preuves de l'existence de la matière noire ou de la théorie Mond ?

Qu'il s'agisse de galaxies naines ou d'amas globulaires, ces objets contiennent bien moins d'étoiles que notre Galaxie. Les chercheurs avancent même un chiffre : ils seraient un million de fois moins massifs que la Voie lactée. Toutefois, les galaxies naines seraient riches en matière noire, bien plus que la Galaxie puisque jusqu'à 99 % de leurs masses pourraient être constituées par des particules de matière noire. Cela en fait donc d'excellents laboratoires pour tester le modèle de la matière noire froide. Celui-ci a malheureusement des problèmes avec les galaxies naines autour des grandes galaxies spirales comme la Voie lactée puisqu'il prévoit qu'elles devraient posséder des centaines de galaxies naines en orbite.

On est loin du compte avec notre Galaxie et sa grande voisine Andromède. Du coup, il est tentant de remplacer, ou pour le moins de compléter, le modèle de la matière noire froide par Mond, un cadre théorique qui permet de faire intervenir des modifications des lois de Newton plutôt que de postuler l'existence de nouvelles particules pour élucider les mystères des galaxies.

Le nouvel objet extragalactique Horologium 1 pourrait lui aussi être une galaxie naine en orbite autour de la Voie lactée. Le plus proche de ces objets serait à 97.000 années-lumière. © S. Koposov, V. Belokurov (IoA, Cambridge)

Mais, comme nous l'expliquerons dans un prochain article, la messe n'est pas encore dite puisque l'une des galaxies naines débusquées par le DES, nommée Reticulum 2, brille anormalement dans le domaine des rayons gamma lorsqu'elle est observée avec le télescope Fermi. C'est une indication sérieuse, à défaut d'une preuve convaincante, de la présence de particules de matière noire dans cette galaxie. Rapellons d'ailleurs que les observations de Planck sont très favorables à l'existence de la matière noire.

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