La Voie Lactée représente une valeur aberrante parmi les galaxies similaires, selon les données d’une étude de l’univers

Depuis des décennies, les scientifiques utilisent la Voie lactée comme modèle pour comprendre comment se forment les galaxies. Mais trois nouvelles études soulèvent la question de savoir si la Voie lactée est véritablement représentative des autres galaxies de l’univers.

“La Voie lactée a été un laboratoire de physique incroyable, notamment pour la physique de la formation des galaxies et la physique de la matière noire”, a déclaré Risa Wechsler, professeur de sciences humaines et de sciences et professeur de physique à l’École des sciences humaines et des sciences. “Mais la Voie lactée n’est qu’un système parmi d’autres et n’est peut-être pas typique de la façon dont d’autres galaxies se sont formées. C’est pourquoi il est essentiel de trouver des galaxies similaires et de les comparer.”

Pour atteindre cet objectif, Wechsler a cofondé l’enquête Satellites Around Galactic Analogs (SAGA) dédiée à la comparaison de galaxies de masse similaire à celle de la Voie lactée.

Après plus d’une décennie d’exploration de l’univers, l’équipe SAGA a identifié et étudié 101 analogues de la Voie lactée, première étape de ses recherches en cours. Les résultats, publiés dans trois études dans le numéro du 18 novembre de Le journal d’astrophysiquerévèlent que, à bien des égards, l’histoire évolutive de la Voie Lactée est différente de celle d’autres galaxies de taille comparable.

“Nos résultats montrent que nous ne pouvons pas limiter les modèles de formation de galaxies à la seule Voie lactée”, a déclaré Wechsler, également professeur de physique des particules et d’astrophysique au Laboratoire national des accélérateurs du SLAC. “Nous devons examiner la répartition complète des galaxies similaires à travers l’univers.”

Outre Wechsler, le projet SAGA est dirigé par le professeur Marla Geha de l’Université de Yale et Yao-Yuan Mao, ancien doctorant de Wechsler à Stanford, aujourd’hui professeur adjoint à l’Université de l’Utah. Tous trois ont co-écrit les études récemment publiées.

Mystère de la matière noire

La Voie Lactée est constituée de matière atomique ordinaire, comme l’hydrogène et le fer. Mais la matière ordinaire ne représente qu’environ 15 % de la matière de l’univers. Les 85 % restants sont constitués de matière noire mystérieuse et invisible.

“Personne ne sait de quoi est faite la matière noire”, a déclaré Wechsler. “Il n’interagit pas avec la matière ou la lumière ordinaire. Il y a probablement de la matière noire qui vous traverse en ce moment et vous ne le savez même pas.”

Des études montrent que les galaxies se forment à l’intérieur de régions massives de matière noire appelées halos. Un halo de matière noire est peut-être invisible, mais sa taille énorme crée une force gravitationnelle suffisamment forte pour attirer la matière ordinaire de l’espace et la transformer en étoiles et en galaxies.

L’un des objectifs clés de l’enquête SAGA est de déterminer l’impact des halos de matière noire sur l’évolution galactique. Pour commencer, l’équipe SAGA s’est concentrée sur les satellites galactiques, de petites galaxies en orbite autour de galaxies hôtes beaucoup plus grandes comme la Voie Lactée.

Les chercheurs ont identifié quatre des galaxies satellites les plus brillantes de la Voie lactée, dont les deux plus grandes, connues sous le nom de Grands et Petits Nuages ​​de Magellan (LMC et SMC). Les scientifiques ont ensuite mené une recherche minutieuse de satellites autour d’autres galaxies hôtes de masse similaire. Grâce à l’imagerie télescopique, ils ont finalement identifié 378 galaxies satellites entourant 101 hôtes semblables à la Voie lactée.

“Il y a une raison pour laquelle personne n’a jamais essayé cela auparavant”, a déclaré Wechsler. “C’est un projet vraiment ambitieux. Nous avons dû utiliser des techniques intelligentes pour trier ces 378 galaxies en orbite parmi des milliers d’objets en arrière-plan. C’est un véritable problème d’aiguille dans la botte de foin.”

Nouvelles découvertes

Dans l’une des trois nouvelles études SAGA, les chercheurs ont découvert que le nombre de satellites par galaxie hôte variait de 0 à 13. Les quatre satellites observables de la Voie lactée se situent dans cette plage.

L’étude a également révélé que les galaxies hôtes dotées de grands satellites, de taille similaire aux galaxies massives LMC et SMC de la Voie lactée, ont tendance à avoir globalement plus de satellites. Mais la Voie lactée héberge en réalité moins de satellites que les galaxies similaires, ce qui en fait une exception parmi ses pairs.

Une deuxième étude s’est concentrée sur la formation d’étoiles dans les galaxies satellites, une mesure importante pour comprendre l’évolution des galaxies. L’étude a révélé que dans une galaxie hôte typique, des satellites plus petits continuent de former des étoiles. Mais dans la Voie Lactée, la formation d’étoiles ne se produit que dans les satellites massifs LMC et SMC. Tous les petits satellites ont arrêté de former des étoiles.

“Maintenant, nous avons un casse-tête”, a déclaré Wechsler. ” Qu’est-ce qui, dans la Voie Lactée, a provoqué l’arrêt de la formation d’étoiles de ces petits satellites de masse inférieure ? Peut-être, contrairement à une galaxie hôte typique, la Voie Lactée possède une combinaison unique de satellites plus anciens qui ont cessé de former des étoiles et de satellites plus récents et actifs… le LMC et le SMC, qui ne sont tombés que récemment dans le halo de matière noire de la Voie lactée. »

L’étude a également révélé que la formation d’étoiles s’arrête généralement dans les galaxies satellites situées plus près de l’hôte, peut-être en raison de l’attraction gravitationnelle des halos de matière noire dans et autour de la galaxie hôte.

“Pour moi, la frontière consiste à comprendre ce que fait la matière noire à des échelles plus petites que la Voie lactée, comme avec les plus petits halos de matière noire qui entourent ces petits satellites”, a déclaré Wechsler.

La troisième étude, dirigée par Yunchong “Richie” Wang, doctorant à Stanford, compare les nouvelles données à des simulations informatiques et appelle au développement d’un nouveau modèle de formation de galaxies basé en partie sur l’enquête SAGA.

“SAGA fournit une référence pour faire progresser notre compréhension de l’univers grâce à l’étude détaillée des galaxies satellites dans les systèmes situés au-delà de la Voie lactée”, a déclaré Wechsler. “Bien que nous ayons atteint notre objectif initial de cartographier des satellites brillants dans 101 galaxies hôtes, il reste encore beaucoup de travail à faire.”