Parfois, des étoiles peuvent se détacher d’amas globulaires alors qu’ils gravitent en orbite autour d’une galaxie massive. Les chercheurs ont identifié plusieurs cas dans notre propre galaxie, la Voie lactée, et ils ont également repéré des espaces entre ces vrilles en boucle. Quelle est la cause de ces espaces ? Une possibilité : une substance connue sous le nom de matière noire. Après le lancement du télescope spatial Nancy Grace Roman, les astronomes utiliseront ses vastes images haute définition pour repérer pour la première fois de nombreux autres courants de marée – et potentiellement les espaces qui les accompagnent – dans les galaxies proches. L’un des candidats de choix est notre voisine, la galaxie d’Andromède, qui apparaît dans l’illustration ci-dessus. Bientôt, les chercheurs seront non seulement en mesure d’identifier les courants de marée dans Andromède, mais ils pourront également utiliser la résolution fine de Roman pour identifier d’autres propriétés de cette mystérieuse substance. Crédit : NASA, Joseph Olmsted (STScI)
NASA's Télescope spatial romain utilisera l’imagerie haute résolution pour étudier la matière noire en analysant les flux d’étoiles dans la galaxie d’Andromède, offrant de nouvelles perspectives sur le rôle cosmique et les propriétés de la matière noire.
Certains des détails les plus fins et les plus infimes de l’univers – les espaces entre les groupes allongés d’étoiles – pourraient bientôt aider les astronomes à révéler la matière noire avec plus de précision que jamais auparavant. Après le lancement du télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, d’ici mai 2027, les chercheurs utiliseront ses images pour explorer ce qui existe entre les vrilles en boucle des étoiles tirées des amas globulaires. Plus précisément, ils se concentreront sur les courants de marée des amas globulaires qui orbitent autour de notre galaxie voisine d’Andromède. Leur objectif est de repérer un plus grand nombre d’exemples de ces courants de marée, d’examiner les espaces entre les étoiles et, idéalement, de déterminer les propriétés concrètes de la matière noire.
Les flux d'amas globulaires sont comme des rubans flottant dans le cosmos, à la fois menant et suivant les amas globulaires d'où ils proviennent le long de leurs orbites. Leurs longueurs dans notre voie Lactée Les flux stellaires varient énormément d'une galaxie à l'autre. Les flux stellaires très courts sont relativement jeunes, alors que ceux qui entourent complètement une galaxie peuvent être presque aussi vieux que l'univers. Un flux qui entoure complètement la galaxie d'Andromède pourrait mesurer plus de 300 000 années-lumière de long mais moins de 3 000 années-lumière de large.
Avances avancées en matière d'imagerie et d'observation
Avec Roman, les astronomes pourront pour la première fois rechercher des flux stellaires d'amas globulaires dans les galaxies proches. L'instrument à champ large de Roman dispose de 18 détecteurs qui produiront des images 200 fois plus grandes que celles de l'amas globulaire. Le télescope spatial HubbleLa caméra proche infrarouge de – à une résolution légèrement supérieure.
L'empreinte de l'instrument à champ large du futur télescope spatial Nancy Grace Roman montre combien sa caméra pourrait observer en une seule image. (L'instrument à champ large possède 18 détecteurs carrés.) Dans cette empreinte se trouve une image simulée de Roman. L'arrière-plan est une image terrestre du disque principal de la galaxie d'Andromède provenant du Digitized Sky Survey. Une photo de la pleine Lune prise par le Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA est fournie pour donner l'échelle. Andromède a un diamètre d'environ 3 degrés dans le ciel, tandis que la Lune mesure environ 0,5 degré de diamètre. (En réalité, la Lune est beaucoup plus petite qu'Andromède, mais elle est aussi beaucoup plus proche.) L'empreinte de l'instrument à champ large capture 0,28 degré carré du ciel en une seule prise. Andromède est une galaxie spirale dont la taille et la structure sont similaires à celles de notre galaxie, la Voie lactée, mais qui est plus massive. Elle est située à environ 2,5 millions d'années-lumière de la Terre. Crédit : Image : NASA, NASA-GSFC, ASU, Robert Gendler DSS ; Simulation : NASA, STScI, Benjamin F. Williams (Université de Washington)
« Roman sera en mesure de prendre un énorme instantané de la galaxie d'Andromède, ce qui n'est tout simplement pas possible avec aucun autre télescope », a déclaré Christian Aganze, auteur principal d'une étude récente. Journal d'astrophysique « Nous prévoyons également que Roman sera capable de détecter des étoiles individuellement. »
Imaginez les résultats : les images vastes et extrêmement détaillées de Roman permettront aux chercheurs d'identifier facilement de nombreux exemples de courants d'amas globulaires dans Andromède. Jusqu'à présent, les astronomes utilisant les télescopes existants dans l'espace et au sol ont été limités à l'étude d'un nombre légèrement plus restreint de courants d'amas globulaires dans notre Voie lactée.
La matière noire se trouve-t-elle entre les étoiles ?
La matière noire, que beaucoup considèrent comme une particule, ne peut pas encore être observée directement, car elle n’émet pas, ne réfléchit pas, ne réfracte pas et n’absorbe pas la lumière. Si nous ne pouvons pas la voir, comment savons-nous qu’elle existe ? « Nous voyons l’effet de la matière noire sur les galaxies », a précisé Aganze. « Par exemple, lorsque nous modélisons la rotation des galaxies, nous avons besoin d’une masse supplémentaire pour expliquer leur rotation. La matière noire pourrait fournir cette masse manquante. »
Toutes les galaxies, y compris la Voie Lactée, sont entourées d'un halo de matière noire. À mesure que les astronomes approfondissent leurs connaissances sur la nature de la matière noire, ils pourraient trouver des preuves que le halo d'une galaxie peut également contenir un grand nombre de sous-halos de matière noire plus petits, comme le prévoient les modèles. « Ces halos sont probablement à peu près sphériques, mais leur densité, leur taille et même leur existence ne sont pas encore connues », explique Tjitske Starkenburg, co-auteur et professeur adjoint de recherche à l'Université de Californie à Los Angeles. Université du nord-ouest à Evanston, Illinois.
L'avenir de la recherche cosmique
Roman va redéfinir sa recherche. « Nous nous attendons à ce que la matière noire interagisse avec les flux d’amas globulaires. Si ces sous-halos sont présents dans d’autres galaxies, nous prévoyons que nous verrons des trous dans les flux d’amas globulaires qui sont probablement causés par la matière noire », a poursuivi Starkenburg. « Cela nous donnera de nouvelles informations sur la matière noire, notamment sur les types de halos de matière noire présents et sur leurs masses. »
Aganze et Starkenburg estiment que Roman fournira efficacement les données dont ils ont besoin dans les galaxies proches – en ne nécessitant qu’une heure au total – et que ces observations pourront être capturées par le High Latitude Wide Area Survey.
Starkenburg contribuera également à jeter les bases de cette étude grâce à ses contributions à un autre projet récemment sélectionné pour un financement par le programme Nancy Grace Roman Space Telescope Research and Support Participation Opportunities de la NASA. « Cette équipe prévoit de modéliser la façon dont les amas globulaires se forment en flux stellaires en développant un cadre théorique beaucoup plus détaillé », a-t-elle expliqué. « Nous allons ensuite prédire l'origine des amas globulaires qui forment des flux et si ces flux seront observables avec Roman. »
Aganze est également enthousiasmé par d’autres projets actuellement ou bientôt en ligne. « Agence spatiale européenne« La mission Euclid de l’astronome américain a déjà commencé à explorer la structure à grande échelle de l’univers, ce qui nous aidera à en apprendre davantage sur le rôle de la matière noire », a-t-il déclaré. « Et l’observatoire Vera C. Rubin va bientôt scanner le ciel nocturne à plusieurs reprises avec des objectifs similaires. Les données de ces missions seront incroyablement utiles pour contraindre nos simulations pendant que nous nous préparons pour Roman. »
Le télescope spatial Nancy Grace Roman, nommé en l'honneur du premier astronome en chef de la NASA et d'une figure centrale dans le développement du télescope spatial Hubble, représente une avancée significative dans les observatoires spatiaux. Prévu pour un lancement au milieu des années 2020, ce télescope est conçu pour explorer un large éventail de phénomènes astronomiques, des mystères de l'énergie noire et de la matière noire à la exoplanète Détection et exploration du fond cosmique infrarouge. Équipé d'un miroir primaire de 2,4 mètres et d'une série d'instruments sophistiqués, dont un instrument à champ large pour les relevés à grande échelle et un instrument Coronagraph pour l'imagerie directe des exoplanètes, le télescope spatial Roman vise à mener des recherches révolutionnaires sur une vaste partie du ciel avec une précision et une profondeur inégalées par les observatoires actuels. Sa mission est d'élargir notre compréhension de l'univers, en perpétuant l'héritage de la recherche et de la découverte astronomiques détaillées.
