Image d'une galaxie montrant, à gauche, sa composante stellaire, et à droite (en négatif), la matière noire présente dans son halo. Crédit : Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) / L'équipe EAGLE
La matière noire constitue environ 85 % de la matière totale de l'univers. Contrairement à la matière ordinaire, qui interagit avec la lumière par absorption, réflexion et émission, la matière noire reste invisible, ce qui pose des problèmes à son observation directe. Sa présence se déduit de l'influence gravitationnelle qu'elle exerce sur la matière visible, comme les étoiles, les planètes et divers corps célestes.
Les galaxies sont constituées de ces deux types de matière : la matière noire qui est distribuée en halos, qui sont d'immenses structures entourant les galaxies, et la matière ordinaire qui est principalement présente dans les régions centrales où se trouvent la plupart des étoiles.
Traditionnellement, les études observationnelles de l’évolution galactique se sont concentrées sur le rôle de la matière ordinaire, même si celle-ci ne représente qu’une petite fraction de la masse d’une galaxie. Depuis des décennies, des prédictions théoriques ont été faites sur l’effet que la matière noire devrait avoir sur l’évolution des galaxies. Cependant, malgré de nombreux efforts, il n’existe pas de consensus clair à ce sujet.
Percée dans la recherche sur la matière noire
Aujourd’hui, des recherches menées par une équipe de l’IAC ont réussi à confirmer, pour la première fois grâce à des observations, l’effet de la matière noire sur l’évolution des galaxies. « La matière noire a un effet évident sur les galaxies car nous pouvons la mesurer, mais l'effet sur l'évolution des galaxies que nous avons découvert est quelque chose qui avait été proposé, même si nous n'avions pas de technique pour l'étudier par observation » explique Laura Scholz. Díaz, chercheur pré-doctoral à l'IAC et premier auteur de l'article.
Pour étudier l'effet de la matière noire, l'équipe s'est concentrée sur la différence entre la masse des étoiles dans une galaxie et la masse qui peut être déduite de sa rotation, appelée masse dynamique totale. La recherche a montré que l'âge, la teneur en métaux, la morphologie, le moment cinétique et la vitesse de formation des étoiles dépendent non seulement de la masse de ces étoiles, mais également de la masse totale, ce qui implique d'inclure la matière noire. composant qui correspond aux estimations de la masse du halo.
« Nous avons vu que dans les galaxies à masses d'étoiles égales, leurs populations stellaires se comportent différemment selon que le halo contient plus ou moins de matière noire, autrement dit, l'évolution d'une galaxie, depuis sa formation jusqu'à l'heure actuelle est modifiée. par le halo dans lequel il est contenu. Si elle possède un halo plus ou moins massif, l'évolution de la galaxie dans le temps sera différente, et cela se reflétera dans les propriétés des étoiles qu'elle contient », ajoute Ignacio Martín Navarro, chercheur à l'IAC et co- auteur de l'article.
Orientations futures de la recherche
À l’avenir, l’équipe prévoit de mesurer des populations stellaires à différentes distances du centre de la galaxie et de montrer si cette dépendance des propriétés des étoiles au halo de matière noire se maintient à tous les rayons. La prochaine étape de la recherche permettra d'étudier la relation entre les halos de matière noire et la structure à grande échelle de l'Univers.
« Ces halos de matière noire ne sont pas créés seuls, ils sont reliés par des filaments qui font partie d'une structure à grande échelle, appelée » toile cosmique « », explique Scholz. « La masse du halo semble modifier les propriétés de sa galaxie, mais elle pourrait être le résultat de la position occupée par chaque halo au sein de la toile cosmique. Dans les années à venir, nous souhaitons voir l’effet de cette structure à grande échelle dans le contexte que nous étudions », explique-t-elle.
Cette étude s'appuie sur 260 galaxies du CALIFA (Zone de champ intégré Calar Alto Legacy), un projet international auquel l'IAC participe activement sous la coordination de Jesús Falcón Barroso, un autre co-auteur de l'article. « Cette étude fournit des informations spectrales et donne une couverture spatiale des galaxies sans précédent », dit-il. « Ces galaxies ont été observées dans une configuration à haute résolution, pour obtenir des mesures détaillées de leurs propriétés cinématiques, ce qui nous a permis d'étudier très précisément les mouvements des étoiles, et ainsi d'en déduire les masses totales des galaxies. »
