Six nouvelles galaxies découvertes par les astronomes apportent une nouvelle pièce au puzzle de l’univers. Leur particularité : elles ne comptent que peu, voire pas d’étoiles

Lorsque l’on pense à une galaxie, on imagine souvent un gigantesque disque lumineux flottant contre l’obscurité du cosmos. Et pourtant, les scientifiques viennent de découvrir six nouvelles galaxies qui selon toute apparence sont dénuées ou quasiment dénuées d’étoiles. Ces galaxies noires, amalgames de matière et de gaz émettent si peu de lumière qu’il est très difficile de les détecter.

Des galaxies sombres

« On appelle ces îlots de matière des galaxies sombres (ou galaxies noires). Ce sont d’énormes nuages d’hydrogène enveloppés dans un cocon de matière noire, une matière invisible à nos télescopes, et qui ont la particularité de ne produire pas ou très peu d’étoiles, ce qui les rend très difficiles à observer », nous explique Sébastien Carassou, docteur en astrophysique et créateur de la chaîne Le Sense of Wonder (qui n’a pas pris part à cette étude).

« Cela fait un moment que l’on prédit leur existence : on pense d’ailleurs qu’elles étaient probablement très communes dans les premiers milliards d’années de l’histoire de l’univers. Mais l’observation de ces structures se révèle être très difficile, notamment parce qu’elles sont assez rares dans l’univers proche, et qu’elles sont trop peu lumineuses pour être détectées directement dans l’univers lointain. »

Des candidates difficiles à identifier

Sébastien Carassou continue en soulignant que le travail d’identification d’une galaxie noire n’est pas tâche aisée. « Le souci c’est qu’on a très peu d’objets observés qui pourraient être qualifiés de galaxies sombres, et que confirmer leur nature est un exercice très difficile. Par exemple, lorsque la première détection d’un tel objet a été annoncée au début des années 2000, des simulations ont montré quelques années plus tard que cet objet n’était que le débris d’une collision entre 2 grosses galaxies, et pas une galaxie à part entière. »

Cette nouvelle découverte est donc une aubaine hors pair pour les scientifiques : « Les 6 nouveaux candidats découverts par l’équipe de l’ETH en 2018 ont quasiment doublé le nombre de candidats qu’on avait jusqu’à présent. Du coup il va falloir s’armer de patience avant de comprendre en détail les propriétés de ces astres mystérieux et le rôle qu’ils ont pu jouer dans l’histoire de l’univers. »

Détecter les galaxies noires grâce aux quasars 

C’est grâce à une combinaison de techniques traditionnelles et de nouvelles technologies que l’équipe de chercheurs menée par les physiciens de l’ETH a pu mettre le doigt sur ces discrètes créatures cosmiques. Pour observer les galaxies noires, ils se sont reposés sur les étonnantes propriétés du rayonnement émis par les quasars.

Cette région compacte entourant un trou noir supermassif produit un puissant rayonnement, issu de la friction de ce qu’on appelle le disque d’accrétion du trou noir. Ce rayonnement ultraviolet produit une émission fluorescente lorsqu’il entre au contact d’atomes d’hydrogène, baptisée raie Lyman-alpha. Une galaxie noire, emplie d’hydrogène, peut donc se retrouver indirectement « éclairée » par un émetteur Lyman-alpha (une galaxie présentant ce type d’émission).

Grâce au nouvel outil baptisé MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), les chercheurs ont pu chercher plus loin encore que les précédentes méthodes ne le leur avaient permis, et observer chacune des six nouvelles candidates durant un total de 10 heures. Grâce à ces données, l’équipe a pu établir avec quasi certitude qu’il ne s’agissait pas là de galaxies produisant des étoiles.

Les astronomes ont utilisé des quasars, comme Quasar 3C 273, comme « lampes de poche » pour déceler la présence de six galaxies sombres. Connus comme les objets les plus brillants de l’Univers, l’énergie intense des quasars fait que les atomes d’hydrogène dans les galaxies sombres émettent de la lumière fluorescente, et deviennent visibles. ESA /Hubble et la NASA

Pourquoi les galaxies noires sont-elles intéressantes ?

« Nos modèles d’évolution du cosmos prédisent que les grosses galaxies qui emplissent l’univers aujourd’hui sont issues de la fusion de plusieurs petites galaxies », explique Carassou. En remontant suffisamment loin dans le temps, il est possible que les briques fondamentales qui ont formé nos galaxies modernes soient des galaxies noires. « Détecter ces objets est donc important pour nous aider à reconstruire le grand puzzle cosmique qu’est la formation des galaxies, et pour affiner nos théories sur la composition de l’univers. »

« Comprendre ce qui est advenu de ces galaxies sombres pourrait aussi aider à mettre en lumière l’épineux “problème des galaxies naines” qui agite la communauté des astrophysiciens. Nos meilleures simulations informatiques prédisent en effet qu’il devrait y avoir beaucoup de petites galaxies qui orbitent autour des grosses galaxies comme la Voie Lactée, un peu comme un essaim d’abeilles. »

« Le problème, c’est que pour le moment ce n’est pas vraiment ce qu’on observe. Alors qu’on a détecté une cinquantaine de ces “galaxies satellites” autour de notre Galaxie, les simulations nous disent qu’il devrait y en avoir 10 fois plus. Est-ce que nos simulations sont erronées, ou est ce que ces galaxies naines manquantes sont en fait des galaxies sombres qu’on n’a pas encore détectées ? Pour l’instant, la question reste ouverte. »

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