Les astronomes parcourant les données du vaisseau spatial Gaia de l'ESA ont découvert ce qu'ils appellent une galaxie fantôme. La galaxie, nommée Antlia 2 (Ant 2) est une galaxie naine extrêmement basse densité qui s'est formée aux premiers jours de l'univers. Et il est dépouillé de sa masse par les forces de marée de la Voie lactée.
Cette galaxie fantôme se cache depuis toujours. Sa faible densité rendait sa détection difficile, tout comme son emplacement. Il est caché derrière le linceul du disque de la Voie lactée, dans une zone connue des astronomes comme la «Zone d'évitement» (ZOA). Mais c'est énorme: il a la même taille que le Grand Nuage de Magellan et un tiers de la taille de la Voie lactée .
Une équipe internationale d'astronomes a trouvé Ant 2 lors de la deuxième diffusion de données du vaisseau spatial Gaia. Ils cherchaient des galaxies naines près de la Voie lactée en cherchant des étoiles RR Lyrae. Les RR Lyrae sont des étoiles variables utilisées comme bougies standard. Ce sont de vieilles étoiles pauvres en métaux que l'on trouve généralement dans les galaxies naines, donc si vous trouvez des étoiles RR Lyrae, vous avez probablement trouvé une galaxie naine.
À certains égards, Ant 2 est comme les autres galaxies naines. Toutes les galaxies, y compris les galaxies naines comme celle-ci, sont formées en association avec la matière noire. Comme leur nom l'indique clairement, les nains sont plus petits et ont moins d'étoiles que les autres galaxies. Une galaxie naine pourrait ne compter que cent millions d'étoiles, peut-être même quelques milliards. Ils sont éclipsés par notre propre galaxie de la Voie lactée, qui compte entre 200 et 400 milliards d'étoiles.
«C'est le fantôme d'une galaxie. Des objets aussi diffus que Ant 2 n'ont tout simplement jamais été vus auparavant. » - Gabriel Torrealba, auteur principal.
Les étoiles d'une galaxie naine sont également différentes des étoiles des autres galaxies. Les galaxies naines ont été parmi les premières structures à se former dans l'univers, leurs étoiles sont donc plus anciennes et pauvres en métaux. Ils se sont formés au début, avant que des générations successives d'étoiles aient ensemencé l'univers de métaux.
De nombreuses galaxies naines sont soumises aux marées gravitationnelles des plus grandes galaxies à proximité, et Ant 2 ne fait pas exception. On les voit souvent attirés vers de plus grandes galaxies et déchirés par ces interactions. Cela peut entraîner des fusions de galaxies, et c'est ce qui pourrait se produire avec Ant 2.
Mais la galaxie fantôme Ant 2 diffère des autres nains. Il donne très peu de lumière. Comparé à une autre des galaxies satellites de la Voie lactée, le Grand Nuage de Magellan, il est 10 000 fois plus faible. Selon la façon dont vous le regardez, il est soit trop grand pour sa luminosité, soit trop sombre pour sa taille.
"C'est le fantôme d'une galaxie", a déclaré Gabriel Torrealba, l'auteur principal du journal. «Des objets aussi diffus que Ant 2 n'ont tout simplement pas été vus auparavant. Notre découverte n'a été possible que grâce à la qualité des données Gaia. »
La mission Gaia de l’ESA a produit le catalogue d’étoiles le plus riche à ce jour, comprenant des mesures de haute précision de près de 1,7 milliard d’étoiles. Il a révélé des détails inédits de notre galaxie d'origine et a montré comment la Voie lactée s'est formée en fusionnant avec une autre galaxie il y a 10 milliards d'années. Plus tôt cette année, la deuxième publication de données de Gaia a mis à la disposition des scientifiques du monde entier de nouveaux détails sur les étoiles de la Voie lactée, et ce fut un trésor pour les astronomes, y compris l'équipe derrière la galaxie fantôme.
L'équipe d'astronomes derrière l'étude est originaire de Taïwan, du Royaume-Uni, des États-Unis, d'Australie et d'Allemagne. Ils cherchaient dans la deuxième publication de données de Gaia des étoiles RR Lyrae, espérant trouver plus de galaxies naines. Ces vieilles étoiles ont des impulsions de luminosité bien comprises qui durent une demi-journée, elles sont donc très utiles.
"RR Lyrae avait été trouvé dans tous les satellites nains connus, donc lorsque nous en avons trouvé un groupe assis au-dessus du disque galactique, nous n'avons pas été totalement surpris", a déclaré le co-auteur Vasily Belokurov de l'Institut d'astronomie de Cambridge. "Mais quand nous avons regardé de plus près leur emplacement dans le ciel, il s'est avéré que nous avons trouvé quelque chose de nouveau, car aucun objet précédemment identifié n'est apparu dans aucune des bases de données que nous avons consultées."
"Nous nous demandons si cette galaxie n'est que la pointe d'un iceberg, et la Voie lactée est entourée d'une grande population de nains presque invisibles similaires à celle-ci." - co-auteur Matthew Walker, Université Carnegie Mellon.
L'équipe a informé leurs collègues du télescope anglo-australien (AAT) en Australie. Sous un calendrier serré, les astronomes de l'AAT ont mesuré les spectres de plus de 100 étoiles géantes rouges dans la galaxie fantôme. Ces spectres ont fourni la confirmation dont l'équipe avait besoin.
Les spectres ont montré que toutes les étoiles se déplaçaient ensemble. Ant 2 ne s'approche jamais trop près de la Voie lactée, restant toujours à au moins 130 000 années-lumière. Les chercheurs ont également pu obtenir la masse de la galaxie, bien inférieure à celle attendue pour un objet de sa taille.
"L'explication la plus simple de la raison pour laquelle Ant 2 semble avoir si peu de masse aujourd'hui est qu'elle est démontée par les marées galactiques de la Voie Lactée", a déclaré le co-auteur Sergey Koposov de l'Université Carnegie Mellon. "Ce qui reste inexpliqué, cependant, est la taille géante de l'objet. Normalement, lorsque les galaxies perdent de la masse à cause des marées de la Voie lactée, elles rétrécissent et ne se développent pas.
Donc Ant 2 est un peu un mystère pour les astronomes. C'est très grand pour quelque chose avec une masse aussi faible. Retirer la masse ne peut pas agrandir la galaxie fantôme; ça n'a aucun sens. Il doit y avoir une autre raison pour laquelle sa taille augmente tout en perdant de la masse, mais jusqu'à présent, personne ne sait. Nos théories actuelles sur la formation des galaxies ne prédisent pas des objets comme Ant 2.
Une ligne de spéculation suggère qu'une formation d'étoiles très vigoureuse à l'intérieur de Ant 2 pourrait la faire se développer tandis que la Voie lactée vole sa masse. Les vents stellaires et les explosions de supernova pourraient repousser le gaz inutilisé, affaiblissant la gravité qui lie la galaxie et permettant à la matière noire à laquelle elle est associée de se dilater. Mais ce n'est pas prouvé.
"Même si la formation d'étoiles pouvait remodeler la distribution de la matière noire dans Ant 2 lors de sa création, elle a dû agir avec une efficacité sans précédent", a déclaré le co-auteur Jason Sanders, également de Cambridge.
Une autre ligne de spéculation concerne la matière noire elle-même, peut-être un autre type de matière noire. La théorie actuelle prédit que la matière noire s'emballe étroitement au centre des galaxies. Mais la nature diffuse et étalée d'Ant 2 pourrait signifier qu'un type de matière noire qui ne se regroupe pas aussi facilement est à l'œuvre. Comme l'équipe le dit dans son article, "L'origine de ce noyau peut être cohérente avec une rétroaction agressive, ou peut même nécessiter des alternatives à la matière sombre froide (comme les bosons ultra-légers)."
"Par rapport au reste des quelque 60 satellites de la Voie lactée, Ant 2 est une excuse", a déclaré le co-auteur Matthew Walker, également de l'Université Carnegie Mellon. "Nous nous demandons si cette galaxie n'est que la pointe d'un iceberg, et la Voie lactée est entourée d'une grande population de nains presque invisibles similaires à celle-ci."
Trouver une galaxie fantôme bizarre comme Ant 2 est perplexe, mais ce n'était pas entièrement inattendu. Comme les méthodes de détection sont devenues plus sensibles, des galaxies satellites plus sombres ont été trouvées. Ce n'était probablement qu'une question de temps avant d'en trouver un ici, dans la ZOA. Mais que ce soit le seul que nous ayons jamais trouvé, ou que nous soyons tombés sur le premier de nombreux grâce à la puissance du vaisseau spatial Gaia est toujours une question ouverte. Quoi qu'il en soit, cela incite les astronomes à repenser leurs théories les plus pratiques.
- Communiqué de presse de l'Université de Cambridge: "Gaia aperçoit une galaxie" fantôme "à côté"
- Document de recherche: «Le géant caché: découverte d'un énorme satellite nain galactique dans Gaia DR2»
- Page ESA Gaia
- Wikipédia: RR Lyrae Stars
