Une troisième galaxie sans matière noire découverte par les astronomes de Yale

Une équipe dirigée par l’université Yale a confirmé l’absence totale de matière noire dans la galaxie naine NGC 1052-DF9, située à 67 millions d’années-lumière. Troisième objet de ce type identifié le long d’une traînée rectiligne, DF9 apporte des preuves solides que la matière noire est une substance physique distincte, capable d’être séparée de la matière ordinaire lors de collisions galactiques.

À 67 millions d’années-lumière de la Terre, une galaxie naine défie les modèles établis. NGC 1052-DF9, troisième spécimen confirmé de galaxie dépourvue de matière noire, s’aligne avec deux autres objets similaires le long d’une traînée rectiligne. Publiée dans The Astrophysical Journal, la découverte, pilotée par l’université Yale, apporte un argument de poids en faveur de la nature physique de la matière noire.

DF9 rejoint ainsi DF2 et DF4, identifiées en 2018 et 2019 par Pieter van Dokkum, astronome à Yale. Les trois galaxies s’inscrivent dans un alignement comptant sept autres galaxies du champ NGC 1052, formant une ligne droite qui intrigue les spécialistes. « Un tel alignement de galaxies dépourvues de matière noire n’avait jamais été observé », souligne Michael Keim, doctorant en astrophysique à Yale et premier auteur de l’étude.

Des mesures qui écartent toute présence de halo sombre

L’équipe a utilisé l’imageur Keck Cosmic Web Imager, installé à l’observatoire W. M. Keck sur le Maunakea à Hawaï, pour analyser les mouvements stellaires au sein de DF9. Résultat : une dispersion de vitesse d’environ 6,5 kilomètres par seconde, correspondant à une masse totale proche de 140 millions de masses solaires. Un chiffre cohérent avec la seule matière visible.

Si DF9 possédait un halo de matière noire comparable à celui des galaxies classiques, la masse dépasserait 10 milliards de soleils et la dispersion de vitesse serait largement supérieure. Les mesures n’en laissent aucune trace. « Ce système montre que des étoiles et des galaxies peuvent se former en dehors des halos de matière noire lors d’événements extrêmes », précise Michael Keim.

Le scénario « Bullet Dwarf » en ligne de mire

L’alignement des trois galaxies sans matière noire oriente les chercheurs vers un mécanisme de formation commun et violent. Le modèle dit « Bullet Dwarf » postule une collision frontale entre deux galaxies naines à très haute vitesse. Sous l’effet du choc, le gaz est arraché aux halos de matière noire, puis se condense en nouvelles structures stellaires, alignées comme des perles sur un fil. Des galaxies naissent ainsi sans l’armature sombre qui enveloppe habituellement les systèmes galactiques.

DF9 avait d’ailleurs été classée par erreur comme un trou noir supermassif avant que Michael Keim ne la signale pour une analyse approfondie dans le cadre de sa thèse doctorale, sous la direction de Pieter van Dokkum.

Un paradoxe qui consolide l’hypothèse de la matière noire

L’absence de matière noire dans de telles galaxies constitue, paradoxalement, l’un des indices les plus robustes de son existence. Les théories concurrentes, qui expliquent les anomalies gravitationnelles par une modification des lois de la physique à grande échelle, peinent à rendre compte de tels objets. Si la matière noire n’était qu’un artefact mathématique, comment pourrait-elle être physiquement séparée de la matière ordinaire lors d’une collision ?

Les mouvements stellaires relevés dans DF2, DF4 et désormais DF9 ne peuvent s’expliquer que par la masse visible des galaxies. Aucune correction gravitationnelle ne produirait un tel effet. Comme le résume Michael Keim, la matière noire se comporte comme « une substance physique capable d’agir indépendamment de la matière ordinaire ou du gaz, ce qui remet en question les théories alternatives selon lesquelles la matière noire serait une manifestation de la gravité ».

Il reste désormais à déterminer si d’autres galaxies naines sur la même traînée présentent des caractéristiques similaires. L’équipe de Yale prévoit d’étendre les observations aux autres membres de l’alignement NGC 1052. Chaque nouvel objet sans matière noire viendrait renforcer un édifice théorique encore débattu, mais désormais solidement étayé par l’observation.

Article : « A Third Galaxy Missing Dark Matter along a Trail of Galaxies in the NGC 1052 Field » – DOI : 10.3847/1538-4357/ae6b8d

Source : Yale U.