Vue d'artiste de deux galaxies en collision. Crédit image: ESO Cliquez pour agrandir
La matière noire est une substance mystérieuse qui semble représenter 25% de la masse de l'Univers. Les astronomes européens ont mesuré la quantité de matière noire dans plusieurs galaxies et ont constaté qu'une grande partie d'entre elles étaient déséquilibrées; leurs mouvements internes sont très perturbés. Cela signifie que de nombreuses galaxies - jusqu'à 40% - ont récemment subi des fusions ou des collisions proches.
En étudiant plusieurs dizaines de galaxies éloignées, une équipe internationale d'astronomes a découvert que les galaxies avaient la même quantité de matière noire par rapport aux étoiles il y a 6 milliards d'années qu'elles l'ont maintenant. Si cela est confirmé, cela suggère une interaction beaucoup plus étroite entre la matière sombre et la matière normale qu'on ne le pensait auparavant. Les scientifiques ont également découvert que jusqu'à 4 galaxies sur 10 étaient déséquilibrées. Ces résultats jettent une nouvelle lumière sur la façon dont les galaxies se forment et évoluent puisque l'Univers n'avait que la moitié de son âge actuel.
"Cela peut impliquer que les collisions et les fusions sont importantes dans la formation et l'évolution des galaxies", a déclaré François Hammer, Observatoire de Paris, France, et l'un des dirigeants de l'équipe.
Les scientifiques étaient intéressés à découvrir comment les galaxies éloignées - ainsi vues comme elles l'étaient lorsque l'Univers était plus jeune - ont évolué vers celles à proximité. En particulier, ils voulaient étudier l'importance de la matière noire dans les galaxies.
"La matière noire, qui représente environ 25% de l'Univers, est un mot simple pour décrire quelque chose que nous ne comprenons vraiment pas", a déclaré Hector Flores, co-leader. "En regardant comment la galaxie tourne, nous savons que la matière noire doit être présente, sinon ces structures gigantesques se dissoudraient."
Dans les galaxies voisines, et dans notre propre voie lactée d'ailleurs, les astronomes ont découvert qu'il existe une relation entre la quantité de matière noire et les étoiles ordinaires: pour chaque kilogramme de matière dans une étoile, il y a environ 30 kilogrammes de matière noire. Mais cette relation entre la matière noire et la matière ordinaire tient-elle toujours dans le passé de l'Univers?
Cela nécessitait de mesurer la vitesse dans différentes parties des galaxies éloignées, une expérience plutôt délicate: les mesures précédentes n'étaient en effet pas en mesure de sonder ces galaxies avec suffisamment de détails, car elles devaient sélectionner une seule fente, c'est-à-dire une seule direction, à travers la galaxie.
Les choses ont changé avec la disponibilité du spectrographe multi-objets GIRAFFE, désormais installé sur le télescope unitaire Kueyen de 8,2 m du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO à l'Observatoire de Paranal (Chili).
Dans un mode, connu sous le nom de «spectroscopie 3D» ou «champ intégré», cet instrument peut obtenir des spectres simultanés de plus petites zones d'objets étendus comme les galaxies ou les nébuleuses. Pour cela, 15 faisceaux de fibres déployables, les soi-disant unités de champ intégrales (IFU), cf. ESO PR 01/02, sont utilisés pour effectuer des mesures méticuleuses de galaxies éloignées. Chaque IFU est un réseau de lentilles bidimensionnelles microscopiques à la pointe de la technologie avec une ouverture de 3 x 2 arcsec2 sur le ciel. C’est comme un œil d’insecte, avec vingt microlentilles couplées à des fibres optiques conduisant la lumière enregistrée en chaque point du champ vers la fente d’entrée du spectrographe.
"GIRAFFE sur le VLT de l'ESO est le seul instrument au monde capable d'analyser simultanément la lumière provenant de 15 galaxies couvrant un champ de vision presque aussi grand que la pleine lune", a déclaré Mathieu Puech, auteur principal de l'un des articles présentant le résultats. "Chaque galaxie observée dans ce mode est divisée en petites zones continues où les spectres sont obtenus en même temps."
Les astronomes ont utilisé GIRAFFE pour mesurer les champs de vitesse de plusieurs dizaines de galaxies éloignées, ce qui a conduit à la découverte surprenante que jusqu'à 40% des galaxies éloignées étaient «déséquilibrées» - leurs mouvements internes étaient très perturbés - un signe possible qu'ils sont montrant toujours les conséquences des collisions entre galaxies.
Lorsqu'ils se sont limités aux seules galaxies qui ont apparemment atteint leur équilibre, les scientifiques ont constaté que la relation entre la matière noire et le contenu stellaire ne semblait pas avoir évolué au cours des 6 derniers milliards d'années.
Grâce à sa résolution spectrale exquise, GIRAFFE permet également pour la première fois d'étudier la répartition du gaz en fonction de sa densité dans des galaxies aussi éloignées. Les résultats les plus spectaculaires révèlent une sortie possible de gaz et d'énergie entraînée par la formation intense d'étoiles dans la galaxie et une région géante de gaz très chauds (région HII) dans une galaxie en équilibre qui produit de nombreuses étoiles.
"Une telle technique peut être développée pour obtenir des cartes de nombreuses caractéristiques physiques et chimiques des galaxies éloignées, nous permettant d'étudier en détail comment elles ont assemblé leur masse pendant toute leur vie", a déclaré François Hammer. «À bien des égards, GIRAFFE et son mode de champ multi-intégral nous donnent un premier aperçu de ce qui sera réalisé avec les futurs télescopes extrêmement grands.»
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
