Le télescope spatial James Webb de la NASA s'est récemment concentré sur le groupe de balles – édifiant des images très détaillées qui montrent une plus grande abondance de galaxies extrêmement faibles et éloignées que jamais. En utilisant des observations infrarouges croustillantes de Webb de cette région, les chercheurs ont plus complètement cartographié le contenu des grappes de galaxies en collision.
« Avec les observations de Webb, nous avons soigneusement mesuré la masse du groupe de balles avec le plus grand ensemble de données d'objectif à ce jour, des noyaux des grappes de galaxie jusqu'à leur périphérie », a déclaré Sangjun Cha, un doctorat. Étudiant à l'Université Yonsei à Séoul, en Corée du Sud, et l'auteur principal du journal publié dans Les lettres de journal astrrophysique. (Des études antérieures sur l'amas de balles avec d'autres télescopes se sont appuyées sur des données de lentilles nettement moins élevées, ce qui a permis de perpétuer avec des estimations moins précises de la masse du système.)
« Les images de Webb améliorent considérablement ce que nous pouvons mesurer dans cette scène, notamment en train d'identifier la position des particules invisibles appelées matière noire », a déclaré Kyle Finner, co-auteur et scientifique adjoint de l'IPAC à Caltech à Pasadena, en Californie.
Mappage de la matière noire
Toutes les galaxies sont constituées d'étoiles, de gaz, de poussière et de matière noire, qui sont liées ensemble par la gravité. Le groupe de balles est composé de deux collections très massives de galaxies, appelées grappes de galaxies, qui sont elles-mêmes liées par la gravité.
Ces grappes de galaxies agissent comme des lentilles gravitationnelles, agrandissant la lumière des galaxies de fond. « La lentille gravitationnelle nous permet de déduire la distribution de la matière noire », a déclaré James Jee, co-auteur, professeur à l'Université Yonsei, et associé de recherche à UC Davis en Californie.
Pour visualiser la lentille gravitationnelle et la matière noire, pensez à un étang rempli d'eau claire et de galets. « Vous ne pouvez pas voir l'eau à moins qu'il y ait un vent, ce qui provoque des ondulations », a expliqué Jee. « Ces ondulations déforment les formes des cailloux en dessous, ce qui fait agir comme une lentille. » La même chose se produit dans l'espace, mais l'eau est la matière noire et les cailloux sont des galaxies de fond.
En tout, l'équipe a mesuré des milliers de galaxies dans les images de Webb pour « peser » avec précision la masse visible et invisible dans ces grappes de galaxies. Ils ont également soigneusement cartographié et mesuré la lumière collective émise par des étoiles qui ne sont plus liées à des galaxies individuelles – connues sous le nom d'étoiles intracluster.
La carte révisée de l'amas de balles est montrée dans une nouvelle image: superposée au-dessus d'une image du Nircam de Webb (caméra proche infrarouge) est des données de l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA qui montre le gaz chaud en rose, y compris la forme des balles à droite. Les mesures raffinées de la matière noire, calculées par l'équipe utilisant les observations de Webb, sont représentées en bleu. Les grappes de galaxies définies se trouvent dans les cercles en pointillés.
Leurs résultats sont convaincants: « Nous avons confirmé que la lumière intracluster peut être un traceur fiable de matière noire, même dans un environnement très dynamique comme le groupe de balles », a déclaré Cha. Si ces étoiles ne sont pas liées aux galaxies, mais à la matière noire du cluster, il pourrait devenir plus facile de cerner plus de détails sur la matière invisible.
Considéré dans son ensemble, les nouvelles mesures des chercheurs affinent considérablement ce que nous savons sur la façon dont la masse se propage dans le groupe de balles. Le groupe de galaxies à gauche a une zone de masse asymétrique et allongée le long du bord gauche de la région bleue, qui est un indice pointant vers les fusions précédentes dans ce cluster.
La matière noire n'émet, ne réfléchit pas ou n'absorbe pas la lumière, et les résultats de l'équipe indiquent que la matière noire ne montre aucun signe d'auto-interaction significative. Si Dark Matter faisait l'auto-intervention dans les observations de Webb, l'équipe verrait un décalage entre les galaxies et leur matière noire respective.
« Alors que les grappes de galaxies sont entrées en collision, leur gaz a été traîné et laissé derrière, ce que les rayons X confirment », a déclaré Finner. Les observations de Webb montrent que Dark Matter s'aligne toujours avec les galaxies et n'a pas été entraîné.
Bien que des mesures antérieures avec d'autres télescopes aient également identifié la masse invisible en plus de la masse dans les galaxies, il était toujours possible que la matière noire puisse interagir avec elle-même dans une certaine mesure. Ces nouvelles observations fixent des limites plus fortes du comportement des particules de matière noire.
«Replaying» la collision
Les étranges nouvelles touffes et la ligne de masse allongée que l'équipe a identifiée peut signifier que le groupe de balles a été produit par plus d'une collision de grappes de galaxies il y a des milliards d'années.
Le plus grand groupe, qui se trouve désormais à gauche, aurait pu subir une collision mineure avant qu'elle ne parcoure le cluster Galaxy maintenant à droite. Le même plus grand groupe peut également avoir connu une interaction violente par la suite, provoquant un bouleversement supplémentaire de son contenu. « Un scénario plus compliqué conduirait à un énorme allongement asymétrique comme nous le voyons à gauche », a déclaré Jee.
La tête d'un «géant»
Le groupe de balles est énorme, même dans la vaste étendue de l'espace. Le Nircam de Webb a couvert une partie importante des débris d'obstacles avec ses images, mais pas tout. « C'est comme regarder la tête d'un géant », a déclaré Jee. « Les images initiales de Webb nous permettent d'extrapoler à quel point tout le » géant « est lourd, mais nous aurons besoin d'observations futures de tout le » corps « du géant pour des mesures précises. »
Dans un avenir proche, les chercheurs auront également de vastes images quasi infrarouges du télescope spatial romain Nancy Grace Roman de la NASA, qui devrait être lancé d'ici mai 2027. « Avec Roman, nous aurons des estimations de masse complètes de l'ensemble du groupe de balles, qui nous permettrait de recréer la collision réelle sur les ordinateurs », a déclaré Finner.
Le groupe de balles se trouve dans la constellation de Carina 3,8 milliards d'années-lumière de la Terre.
