Astrophysique

La surprise d’une galaxie dépourvue de matière noire

Des observations de la galaxie NGC1052-DF2 laissent penser qu’elle ne posséderait pas de ce constituant majeur de l’univers. De quoi rouvrir la porte à de nouveaux modèles cosmologiques

Une galaxie sans matière noire? C’est ce que pourrait avoir découvert une équipe internationale, qui a annoncé cette étonnante nouvelle dans la revue Nature. Ses observations de la galaxie NGC1052-DF2 laissent penser qu’elle ne posséderait pas de ce constituant majeur de l’univers.

«Jusqu’à présent, les scientifiques considéraient que toutes les galaxies contiennent de la matière noire», rappelle Pieter van Dokkum de l’Université Yale, aux Etats-Unis, qui a dirigé les travaux publiés la semaine dernière. Très mystérieuse, parce qu'invisible et de composition inconnue, cette matière serait beaucoup plus abondante que la matière ordinaire dont sont faites les étoiles et les planètes.

Lire aussi: La matière noire résiste au détecteur le plus sensible du monde

Faute de preuve de son existence, la matière noire est aujourd’hui une construction théorique essentielle de la cosmologie. «On considère que la matière noire est en quelque sorte le squelette à partir duquel se forment toutes les structures de l’univers, et notamment les galaxies», souligne Pieter van Dokkum.

La vitesse à laquelle les amas de galaxies se dispersent ne peut s’expliquer que par la présence d’une masse de matière noire bien supérieure à celle des étoiles

Françoise Combes, astrophysicienne au Collège de France

«La seule chose que l’on sait faire est d’observer ses effets, explique Françoise Combes, astrophysicienne au Collège de France. Par exemple, la vitesse à laquelle les amas de galaxies se dispersent ne peut s’expliquer que par la présence d’une masse de matière noire bien supérieure à celle des étoiles.» Le ratio matière noire sur matière visible est de 30 pour 1 dans notre Voie Lactée, et atteint des valeurs considérables dans les galaxies naines ou, au contraire, les galaxies ultra-diffuses comme NGC1052-DF2, dont la matière est très diluée.

Coup de théâtre

Le groupe de Pieter van Dokkum a pointé un instrument peu ordinaire sur la galaxie, le Dragonfly. Installé dans une région désertique du Nouveau-Mexique, cet assemblage de 48 téléobjectifs d’appareils photo a permis une première étude de l’objet céleste, complétée d’observations par le télescope spatial Hubble ainsi que le télescope Keck de 10 mètres installé sur le volcan Mauna Kea, à Hawaii. C’est à partir de l’ensemble de ces prises de vue que les chercheurs ont pu faire leurs calculs.

«Nous nous attendions à trouver quatre cents fois plus de matière noire que d’étoiles, raconte Pieter van Dokkum. Mais nous constatons que la masse de NGC1052-DF2 est quasiment égale à celle de ses étoiles.» Autrement dit, il n’y aurait pas – ou presque – l’ombre de matière noire dans cette galaxie, une découverte qui ne manque pas d’intriguer. «Ce sera dur de prouver qu’il n’y en a pas du tout, mais en tout cas, cette quasi-absence de matière noire est une véritable surprise», poursuit le scientifique. Un coup de théâtre même, puisque cette découverte, si elle devait être confirmée, ouvrirait la porte à des modèles cosmologiques dans lesquels la matière noire serait tour à tour actrice, figurante ou, au contraire, inexistante.

Lire aussi: Notre univers s’étend plus vite que prévu, par la faute de l’énergie noire

«Il est difficile de se prononcer sur la base d’une seule observation. NGC1052-DF2 correspond peut-être à un cas particulier», prévient Françoise Combes. En effet, la masse totale d’une galaxie se détermine à partir du mouvement de ses objets. «Quand on observe une galaxie de face, on ne mesure pas bien la vitesse de ses constituants. De plus, les galaxies ultra-diffuses ont des formes très irrégulières. Elles sont très perturbées par un effet de marée, l’influence de la gravitation exercée par une ou plusieurs galaxies dans leur voisinage. Il faudra probablement une – ou plusieurs – dizaine d’observations de ce type pour conclure à l’absence de matière noire dans certaines galaxies.»

Forme parfaitement elliptique

Et cela ne sera pas chose facile. Un article à paraître dans The Astrophysical Journal Letters, et mis en ligne sur le site Arxiv.org par une autre équipe le 26 mars, relate quatre observations de galaxies ultra-diffuses qui ne sortent pas du rang. «Trois ont beaucoup de matière noire. La quatrième en présente un peu moins qu’attendu, mais mes collègues montrent que cela s’explique par un effet de marée.»

Face à ces remarques, Pieter van Dokkum ne tempère guère ses conclusions. «Nous nous sommes penchés sur la forme de NGC1052-DF2. Elle apparaît presque parfaitement elliptique et symétrique, et elle se trouve très loin de ses voisines. Elle ne semble donc pas présenter de distorsion et subir un effet de marée. Nous avons aussi regardé de près l’impact de l’angle d’observation sur notre résultat. Nos calculs montrent qu’une observation de face reviendrait à sous-estimer la matière seulement d’un facteur 4. Cela peut paraître important mais si NGC1052-DF2 était bien dans cette situation, on aurait toujours 100 fois moins de masse qu’attendu, ce qui reste considérable.»

Le chercheur reconnaît néanmoins que d’autres observations renforceraient l’idée que des galaxies peuvent s’être formées avec pas ou très peu de matière noire. «C’est ce qui est passionnant avec ces objets très diffus. Ils ont beaucoup à nous apprendre sur la matière noire, qui reste un grand mystère de la cosmologie.»

Lire aussi: Le trou noir géant de notre galaxie bientôt dévoilé

Publicité