La matière noire et les étoiles n’interagissent pas comme on le pensait auparavant

Une « conspiration » de longue date en astronomie – selon laquelle les étoiles et la matière noire interagissent de manière inexplicable – a été démentie par une équipe internationale d’astronomes, dans un article publié dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Les auteurs sont basés en Australie, au Royaume-Uni, en Autriche et en Allemagne et ont utilisé le Very Large Telescope au Chili.

Cette conspiration a été inventée pour expliquer un phénomène qui a intrigué les astronomes pendant un quart de siècle. La densité de matière dans les différentes galaxies semblait diminuer au même rythme depuis leur centre jusqu’à leurs bords extérieurs. Ce phénomène était déconcertant car les galaxies sont diverses, avec des âges, des formes, des tailles et un nombre d’étoiles très différents. Alors pourquoi auraient-elles la même structure de densité ?

« Cette homogénéité suggère que la matière noire et les étoiles doivent d’une manière ou d’une autre se compenser pour produire de telles structures de masse régulières », explique le Dr Caro Derkenne, premier auteur de l’étude et chercheur ASTRO 3D à l’Université Macquarie.

Comme pour de nombreuses théories du complot, aucun chercheur n’a pu trouver de mécanisme. Si la matière noire et les étoiles pouvaient interagir de cette manière, il faudrait alors modifier notre compréhension de la formation et de l’évolution des galaxies. Mais jusqu’à présent, ils n’ont pas non plus réussi à trouver une autre raison pour expliquer ce qu’ils observaient.

Derkenne et ses collègues ont découvert que la similitude de densité n’était peut-être pas due aux galaxies elles-mêmes, mais à la façon dont les astronomes les mesuraient et les modélisaient.

L’équipe a observé 22 galaxies d’âge moyen (remontant à environ quatre milliards d’années en arrière en raison de leur grande distance) avec un niveau de détail extraordinaire, à l’aide du Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral au Chili. Cela leur a permis de créer des modèles plus complexes qui rendent mieux compte de la diversité des galaxies dans l’univers.

« Dans le passé, les gens construisaient des modèles simples qui comportaient trop de simplifications et d’hypothèses », explique Derkenne.

« Les galaxies sont complexes et nous devons les modéliser avec liberté, sinon nous allons mesurer les mauvaises choses. Nos modèles ont été exécutés sur le supercalculateur OzStar de l’université de Swinburne, ce qui représente l’équivalent d’environ 8 000 heures de temps de calcul sur un ordinateur de bureau. »

Derkenne applique désormais son expertise en astronomie à des données complexes pour la fonction publique australienne.

« L’astronomie permet de comprendre parfaitement le big data », explique-t-elle. « Le monde réel est confus et nous ne disposons pas toujours de toutes les données. Personne n’est là pour vous donner les réponses ou pour vous dire si vous avez raison ou tort. Vous devez accumuler des données et les analyser jusqu’à trouver quelque chose qui fonctionne. »

Le projet a utilisé MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) sur le VLT pour analyser les galaxies issues de l’étude MAGPI (Middle Ages Galaxy Properties with Integral field spectroscopy). MUSE collecte des cubes de données spectrales dans lesquels chaque pixel est en fait un spectre.

« Le projet MAGPI est un excellent exemple de la manière dont les ateliers de formation et l’espace collaboratif au sein d’ASTRO 3D ont utilisé le partenariat stratégique de l’Australie avec l’Observatoire européen austral », déclare la directrice d’ASTRO 3D, la professeure Emma Ryan-Weber.

« Les données complexes du Very Large Telescope de l’ESO ont non seulement résolu un problème de longue date en astronomie, mais ont également permis à de jeunes scientifiques, comme le Dr Caro Derkenne, de disposer d’une plate-forme sur laquelle lancer leur carrière pour résoudre des problèmes du monde réel », dit-elle.

Les co-auteurs viennent du Centre international de recherche en radioastronomie (ICRAR) d’Australie occidentale, de l’Université de Durham, de l’Université de Vienne, de l’Université nationale australienne, de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud à Sydney, de l’Université de Sydney, de la Ludwig-Maximilians-Universität et de l’Université du Queensland.