La matière noire, que nous avons souvent évoquée dans les présentes chroniques, composerait plus de 70% de la matière dont serait constitué notre univers. Mais comme son nom l’indique, elle ne serait pas visible par nos instruments actuels. Elle ne se ferait connaître que par son poids et plus précisément par les effets gravitationnels qu’elle exerce sur les autres formes de matière présentes dans l’Univers.
A cet égard, l’observation d’une petite galaxie dite galaxie satellite se trouvant dans la Voie Lactée et venant s’être découverte, présente un intérêt particulier.
Au sein de la Voie Lactée, diverses galaxies satellites peuvent être observées, parmi lesquelles les Grand et Petit Nuages de Magellan, visibles à l’œil nu depuis l’hémisphère sud. Or récemment, des astronomes ont repéré une nouvelle galaxie satellite, la plus petite et la plus obscure jamais identifiée. Cette découverte permet de penser qu’il pourrait s’agir de l’une des galaxies les plus largement imprégnées de matière noire jamais observées.
Située dans la constellation de la Grande Ourse, à environ 30 000 années-lumière du Soleil, UMa3/U1 est une galaxie peu visible. À cause de sa luminosité extrêmement faible, de sa petite taille et de son nombre restreint d’étoiles, elle a longtemps échappé à la détection, malgré sa proximité relative. Les galaxies typiques, même les plus petites, comptent en effet des centaines de millions à des milliards d’étoiles, tandis qu’UMa3/U1 n’en comporte qu’une soixantaine. En fait, il existe des amas d’étoiles dans notre propre galaxie qui renferment plus d’étoiles que cette galaxie naine.
Les galaxies traditionnelles ont également des diamètres beaucoup plus grands, allant de milliers à des centaines de milliers d’années-lumière. En comparaison, la petite taille de UMa3/U1, qui mesure seulement dix années-lumière de diamètre, est plutôt caractéristique des amas ouverts, qui sont des regroupements d’étoiles moins liées gravitationnellement que celles constituant une galaxie.
La découverte de UMa3/U1 a été rendue possible grâce à une combinaison d’observations effectuées par le télescope Canada-France-Hawaï (CFHT) et le télescope Pan-STARRS à Hawaï, suivies d’une étude plus détaillée avec le spectrographe multi-objets à imagerie profonde (DEIMOS) de l’observatoire Keck. Ces observations ont confirmé que les étoiles de UMa3/U1 sont gravitationnellement liées, ce qui écarte ainsi l’hypothèse d’un simple regroupement d’étoiles aléatoire.
Bien que son nombre d’étoiles soit infime, UMa3/U1 intrigue les astronomes en raison de sa composition inhabituelle. Avec une masse équivalente à seulement seize fois celle du Soleil, cette galaxie est en effet bien en deçà des standards galactiques. Cependant, sa faible masse stellaire est contrebalancée par la présence probable de matière noire.
Selon la théorie cosmologique Lambda Cold Dark Matter (CDM), les galaxies naines comme UMa3/U1 sont entourées de vastes halos de matière noire, ce qui contribue à maintenir leur intégrité malgré leur faible masse stellaire.
Dans le cas de UMa3/U1, la présence de matière noire serait essentielle pour expliquer sa survie en tant qu’entité galactique distincte. Bien que sa masse stellaire soit relativement faible, les observations indiquent en effet que les étoiles de cette galaxie se déplacent ensemble de manière cohérente, ce qui suggère une cohésion gravitationnelle. Or, cette cohésion serait difficile à expliquer sans l’influence significative de la matière noire, qui contribue à maintenir les étoiles liées au sein de la galaxie malgré les forces de marée exercées par la Voie lactée environnante.
Ainsi, bien que UMa3/U1 puisse sembler insignifiante en termes de masse stellaire, cette galaxie fournit un laboratoire naturel pour sonder les interactions entre la matière ordinaire et la matière noire, éclairant ainsi notre compréhension de la structure à grande échelle de l’Univers.
Malgré les nombreuses questions soulevées par UMa3/U1, une chose est claire : cette découverte ouvre de nouvelles voies de recherche et de réflexion pour les astronomes du monde entier. Les observations futures, notamment avec le télescope Keck, pourraient fournir des indices supplémentaires sur la véritable nature de cette énigmatique galaxie.
Qu’elle soit le vestige d’un système stellaire mourant ou la représentante d’une nouvelle classe de galaxies, UMa3/U1 continuera longtemps à intriguer.
Les détails de l’étude sont publiés dans The Astrophysical Journal. On en trouve ci-dessous les références et l’abstract.
Sources
[Submitted on 16 Nov 2023 (v1), last revised 24 Feb 2024 (this version, v2)]
Ursa Major III/UNIONS 1: the darkest galaxy ever discovered?
Raphaël Errani, Julio F. Navarro, Simon E. T. Smith, Alan W. McConnachie
The recently discovered stellar system Ursa Major III/UNIONS 1 (UMa3/U1) is the faintest known Milky Way satellite to date. With a stellar mass of 16+6−5M⊙ and a half-light radius of 3±1pc, it is either the darkest galaxy ever discovered or the faintest self-gravitating star cluster known to orbit the Galaxy. Its line-of-sight velocity dispersion suggests the presence of dark matter, although current measurements are inconclusive because of the unknown contribution to the dispersion of potential binary stars. We use N-body simulations to show that, if self-gravitating, the system could not survive in the Milky Way tidal field for much longer than a single orbit (roughly 0.4Gyr), which strongly suggests that the system is stabilized by the presence of large amounts of dark matter. If UMa3/U1 formed at the center of a ~109M⊙ cuspy LCDM halo, its velocity dispersion would be predicted to be of order ~1km/s. This is roughly consistent with the current estimate, which, neglecting binaries, places σlos in the range 1 to 4km/s. Because of its dense cusp, such a halo should be able to survive the Milky Way tidal field, keeping UMa3/U1 relatively unscathed until the present time. This implies that UMa3/U1 is plausibly the faintest and densest dwarf galaxy satellite of the Milky Way, with important implications for alternative dark matter models and for the minimum halo mass threshold for luminous galaxy formation in the LCDM cosmology. Our results call for multi-epoch high-resolution spectroscopic follow-up to confirm the dark matter content of this extraordinary system.
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| Subjects: | Astrophysics of Galaxies (astro-ph.GA) |
| Cite as: | arXiv:2311.10134 [astro-ph.GA] |
| (or arXiv:2311.10134v2 [astro-ph.GA] for this version) | |
| https://doi.org/10.48550/arXiv.2311.10134 |
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