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Les plus brillantes galaxies défient les modèles de matière noire.


Selon un groupe international d'astronomes, les galaxies elliptiques les plus brillantes et les plus massives au centre des amas de galaxies avaient déjà atteint leur taille actuelle il y a 9 milliards d'années. Un constat en conflit avec les simulations numériques basées sur la matière noire, qui, elles, ne leur concèdent à cette époque qu'une taille d'environ 20% de leur dimension d'aujourd'hui.

Il y a visiblement des choses que nous ne comprenons pas encore dans les mécanismes de formation des galaxies. Au cours du vingtième siècle les astronomes ont découvert que les collisions entre galaxies ne sont pas rares. Ces collisions s'accompagnent parfois de fusions, et ces observations, jointes à la théorie de la matière noire froide dite CDM (Cold Dark Matter), avaient conduit les astrophysiciens à proposer un modèle pour décrire la naissance des grandes galaxies ainsi que des structures à grande échelle les rassemblant sous formes de filaments constitués d'amas de galaxies.

Selon ce scénario, peu de temps après la naissance de l'univers observable, des fluctuations de densité dans les grands nuages de matière noire ont conduit par effondrement gravitationnel à la formation d'étoiles puis de petites galaxies naines. Par un processus de croissance continue, ces dernières ont ensuite donné naissance aux grandes galaxies que nous observons aujourd'hui.

Les galaxies se sont aussi rassemblées au cours du temps en amas de galaxies et même en amas d'amas. On observe au centre des amas de grandes galaxies elliptiques, pauvres en gaz et en poussières, figurant parmi les plus massives et les plus lumineuses. Celle qui dépasse toutes ses compagnes de l'amas est nommée Brightest cluster galaxie (BCG). Ce sont des galaxies de ce genre qui ont été étudiées par un groupe international d'astronomes, avec à leur tête le professeur Chris Collins du John Moores University's Astrophysics Research Institute de l'Université de Liverpool.

Certaines galaxies ont dû croître étonnamment vite.

Les chercheurs se sont concentrés sur les amas de galaxies existant il y a neuf milliards d'années environ. Comme ils l'expliquent dans un article de Nature, ils ont eu la surprise de constater que les BCG étaient presque aussi massives et lumineuses que celles que nous observons actuellement. Or, ceci est en contradiction avec les simulations numériques conduites jusqu'à présent, comme la simulation du millénaire. En effet, d'après ces calculs, basés sur une croissance hiérarchique des galaxies à partir d'un groupe initial de naines, les BCG échantillonnées à cette époque ne devaient posséder que 22% de leur masse actuelle sous forme d'étoiles.

Il ne s'agit pas en soi d'une réfutation de la théorie de la matière noire froide et encore moins de celle d'un Big Bang datant de 13,7 milliards d'années pour l'Univers observable. Cette théorie explique plutôt bien d'autres observations du monde des galaxies et des amas. Toutefois, cela montre clairement qu'il y a des mécanismes issus de cette théorie que nous ne comprenons pas encore et qui ont fait croître plus vite que nous ne le pensions une partie des galaxies de l'univers.

En fait, une simulation récente, elle aussi basée sur la théorie de la matière noire froide, a effectivement produit des galaxies massives très tôt dans l'histoire de l'univers. Ces observations ne sont donc peut-être pas si surprenantes mais constituent un argument de plus en faveur de la théorie expliquant la formation des galaxies massives à partir de courants de gaz froid.