Les chercheurs mesurent la vitesse de la matière noire en étudiant les galaxies déséquilibrées affectées par la friction dynamique provoquée par la matière noire. Cette méthode aide à comprendre les interactions entre les galaxies et la matière noire, contribuant ainsi à la physique théorique et à la cosmologie. Crédit : Issues.fr.com
L’étude des galaxies déséquilibrées révèle comment les effets gravitationnels et la friction dynamique peuvent éclairer les mystères de la matière noire, faisant ainsi progresser notre compréhension de la cosmologie.
Alors, comment mesurer la vitesse de la matière noire ? La condition préalable est de trouver dans l’univers une galaxie qui se déplace par rapport à la matière noire. Puisque tout dans l’univers est en mouvement et qu’il y a beaucoup de matière noire, il n’est pas difficile de trouver de telles galaxies.
Les objets lourds, comme les galaxies, attirent tous types de matière, qu’il s’agisse de matière noire ou de matière visible que nous rencontrons quotidiennement. À mesure que la matière noire passe devant une galaxie, celle-ci commence à attirer les particules de matière noire vers elle. Cependant, le changement de direction de la vitesse des particules prend du temps. Avant que leur trajectoire ne se courbe vers la galaxie, ils parviennent déjà à dépasser la galaxie.
Le rôle de la friction dynamique
Ainsi, les particules de matière noire n’entrent pas dans la galaxie, mais se déplacent derrière la galaxie (voir vidéo ci-dessous). Derrière la galaxie, la densité de matière augmente donc, ce qui entraîne un ralentissement de la galaxie – un phénomène appelé frottement dynamique. La force du frottement dynamique, à son tour, dépend de la rapidité avec laquelle les particules de matière noire traversent la galaxie, c’est-à-dire du temps pendant lequel la galaxie a le temps de changer la trajectoire des particules de matière noire. Lorsque les particules passent lentement, la densité de la matière augmente à proximité de la galaxie, ce qui la fait ralentir davantage.
Le point vert représente une galaxie et les panneaux supérieurs montrent le mouvement des particules de matière noire au-delà de la galaxie (si une galaxie existe dans le panneau correspondant). Les panneaux inférieurs montrent la forme de toutes les trajectoires, démontrant que le champ de gravité d’une galaxie affecte les particules de matière, créant une surdensité derrière la galaxie. La surdensité ralentit à nouveau la galaxie et déforme sa forme. Crédit : Rain Kipper
Comprendre les formes des galaxies et la matière noire
Supposons que la galaxie provoquant le frottement dynamique ne soit pas petite, mais grande. Dans ce cas, la surdensité qui la sous-tend génère une friction de différentes forces en différents points de la galaxie, comme le montre la figure 1. La différence de friction rend la forme de la galaxie plus déséquilibrée. Nous vivons sur Terre un changement de forme similaire à celui des cycles de marées – marées hautes et marées basses provoquées par la gravité de la lune.
La taille des particules de matière noire n’a aucune importance – leur orbite s’incurve toujours derrière la galaxie. La méthode pourrait ne pas produire de résultats précis si les particules étaient de taille comparable à celle des galaxies elles-mêmes. Cependant, ces modèles de matière noire sont déjà exclus.
Figure 1. Frottement dynamique. Les panneaux représentent des zones clairsemées de l’univers avec des couleurs sombres et des zones denses avec des couleurs claires. Les panneaux supérieurs montrent la densité autour d’une galaxie si la gravité de la galaxie plie (à gauche) ou ne plie pas (à droite) les trajectoires des particules de matière noire. Le panneau inférieur montre la différence entre eux ou comment la galaxie affecte la répartition de la matière noire. Les flèches représentent l’accélération provoquée par la surdensité derrière la galaxie, de laquelle est déduite la friction sur le centre de la galaxie. Étant donné que les flèches ont des directions et des forces différentes dans différentes zones, les forces de marée sont capables de changer la forme d’une galaxie. Crédit : Rain Kipper
Trouver les galaxies déséquilibrées elles-mêmes n’est pas difficile, car elles représentent environ 30 % de toutes les galaxies de l’espace. Bien sûr, beaucoup dépend de la distance à laquelle regarder dans les parties extérieures d’une galaxie et du niveau de déséquilibre qui caractérise une galaxie.
En outre, la forme déséquilibrée d’une galaxie ne peut pas être causée uniquement par un frottement dynamique. Il y a plusieurs autres raisons à cela. Par exemple, les galaxies formées après la collision de plusieurs galaxies peuvent être asymétriques. Dans ce cas, cependant, nous devrions pouvoir détecter quelque part à l’intérieur de la galaxie le noyau d’une autre galaxie ou un halo stellaire plus grand. Le déséquilibre galactique peut également être causé par un afflux constant de gaz. Dans de telles situations, la forme de la galaxie mettra quelques milliards d’années à se rétablir.
Conclusion et recherches futures
Ainsi, pour mesurer les vitesses de la matière noire, nous avons besoin d’une galaxie déséquilibrée aussi isolée que possible des autres galaxies. Dans ce cas, il est plus certain qu’il ne lui est rien arrivé d’autre que le passage de la matière noire.
Dans cette recherche, nous avons découvert comment calculer avec précision les forces qui affectent les galaxies lors des cycles de marée. La prochaine étape consiste à trouver des galaxies suffisamment déséquilibrées dans l’univers pour étudier la vitesse de la matière noire par rapport aux galaxies.
La cosmologie est un polygone de test important de la physique théorique. Le calcul de la vitesse de la matière noire peut être important pour tester de nouveaux modèles de matière noire et lever le voile du secret sur la nature de la matière noire.
