Nouvelles mesures sur Dragonfly 44 : une libellule de matière noire, ça n’existe pas !

La galaxie ultradiffuse Dragonfly 44. © T. Saifollahi et Nasa/HST
La galaxie Dragonfly 44 (libellule en anglais) que l’on pensait faite à 99,99 % de matière noire n’en posséderait finalement pas plus que les autres.

On cherche la matière noire depuis si longtemps qu’on finit par la voir partout. C’est ainsi qu’en 2016, une étude de la galaxie Dragonfly 44, menée grâce aux télescopes Keck et Gemini Nord à Hawaï, avait conclu qu’elle était constituée de 10 000 fois plus de matière noire que de matière ordinaire ! Une véritable anomalie, car normalement les galaxies possèdent 10 à 300 fois plus de matière noire que de matière ordinaire, mais pas 10 000 fois plus !

Teymoor Saifollahi, astophysicien à l’université de Groningen, aux Pays-Bas. Courtesy T. Saifollahi
Teymoor Saifollahi

Cependant, c’est le genre d’anomalie que l’on aime bien en science, car si elle se confirme, elle peut remettre en cause des pans entiers de nos connaissances comme, ici, la formation des galaxies. Mais voilà, encore faut-il qu’elle soit confirmée... Des constatations exceptionnelles réclamant toujours des preuves exceptionnelles, la quantité de matière noire dans Dragonfly 44 est régulièrement questionnée par les sceptiques. Or, de nouvelles analyses par Teymoor Saifollahi, de l’Institut astronomique Kapteyn (université de Groningen, Pays-Bas) et son équipe mettent à mal les observations de 2016 : finalement, Dragonfly 44 ne posséderait pas plus de matière noire qu’une galaxie ordinaire.

Une galaxie particulière

Dragonfly 44 se trouve à 330 millions d’années-lumière dans la Chevelure de Bérénice. Elle appartient à une catégorie particulière de galaxies dites ultradiffuses, c’est-à-dire avec une très faible densité d’étoiles. Ainsi, bien que faisant la taille de la Voie lactée, elle n’émet que 1 % de sa lumière. Afin de connaître la quantité de matière noire qu’elle contient par rapport à sa matière ordinaire qui rayonne, il est nécessaire de déterminer sa masse totale. Une des manières d’y parvenir pour une galaxie est de compter ses amas globulaires, des amas d’étoiles très denses et sphériques.

« C’est une relation purement observationnelle, explique Teymoor Saifollahi. Au fil du temps, les astronomes ont remarqué une corrélation entre la masse totale des galaxies et leur nombre d’amas globulaires. » On ne connaît pas aujourd’hui d’explication à cette corrélation. « Il n’y a pas encore de réponse théorique claire, poursuit l’astronome. Des travaux montrent que cela pourrait être une conséquence de la fusion des galaxies au cours du temps. Les galaxies que nous observons aujourd’hui résultent de fusions de congénères plus petites dans le passé. Appelons-les des graines de galaxie. Ces graines auraient toutes eu le même nombre d’amas globulaires. Ainsi, les galaxies les plus massives, formées à partir de beaucoup de graines, auraient davantage d’amas globulaires que les moins massives, formées à partir de moins de graines. »

Trop de matière noire…

Or, lorsque Dragonfly 44 a été observée en 2016 par l’équipe de Pieter Van Dokkum (université de Yale), celle-ci détecte près de 80 amas globulaires. Cette galaxie serait donc très massive mais peu lumineuse, et par conséquent très riche en matière noire. D’où la proportion inouïe de 10 000 entre cette dernière et la matière ordinaire. Une proportion qui remettait en cause les modèles de formation de galaxies. En effet, « la matière noire est l’ingrédient principal des galaxies. Sans elle, elles n’existeraient pas telles que nous les observons, assure Teymoor Saifollahi. Dans le modèle standard de formation des galaxies, les particules de matière noire ont commencé à s’accumuler il y a 13 milliards d’années pour former des halos. Leur gravité a alors attiré du gaz qui, en devenant chaud, a donné des étoiles et ainsi les premières galaxies.

Dragonfly 44 appartient à l'amas de galaxies situé dans la Chevelure de Bérénice (Coma en latin). © P. Van Dokkum, R. Abraham, J. Brodie
La galaxie Dragonfly 44 se trouve dans la Chevelure de Bérénice (Coma en latin). © P. Van Dokkum, R. Abraham, J. Brodie

Plus il y avait de matière noire, plus le gaz était attiré, plus les étoiles se formaient rapidement. Les galaxies les plus grosses sont aussi les plus efficaces pour conserver le gaz nécessaire à la formation stellaire, tandis que les moins massives peuvent le perdre facilement. C’est la raison pour laquelle les plus petits halos galactiques ont en proportion plus de matière noire que d’étoiles. Ainsi dans les galaxies naines, le ratio peut atteindre 100 à 1 000. Mais 10 000 comme dans Dragonfly 44, cela paraît impossible. Surtout si cette galaxie est aussi massive que la Voie lactée, comment a-t-elle pu échouer à attirer autant de gaz qu’elle ? » se demande l’astronome qui s’est ainsi employé à remesurer le nombre d’amas globulaires autour de Dragonfly 44 pour réévaluer sa masse totale.

… car trop d’amas globulaires

Et le résultat est bien différent de celui de 2016 : ce n’est pas 80, mais plutôt une vingtaine d’amas globulaires qui se trouveraient autour de cette galaxie. Dragonfly 44 serait donc bien moins massive que prévu et ne posséderait que 300 fois plus de matière noire que de matière ordinaire. Elle rentre alors dans le rang de ce qui est généralement observé. Mais comment a-t-on pu se tromper à ce point ? « Dans l’étude de Pieter Van Dokkum, l’hypothèse sur l’étendue des amas d’étoiles autour de la galaxie est peu précise. Nous avons été plus prudents dans notre analyse et avons trouvé que les amas globulaires sont plus concentrés que prévu autour de Dragonfly 44 », affirme Teymoor Saifollahi. Donc pour résumer, moins d’espace pour les amas globulaires autour de Dragonfly 44 signifie moins d’amas présents, donc une galaxie moins massive et par conséquent moins de matière noire que prévu par rapport à la matière lumineuse observée.

Ainsi, Dragonfly 44 paraît bien ordinaire. Un soulagement pour les théories de formation des galaxies qui n’auront pas besoin d’expliquer cet ovni et une déception pour les partisans de la matière noire qui voyait en lui un signal fort de la présence de cette insaisissable entité.


 

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