aÀ la recherche de matière noire dans les interstices entre les étoiles
par Amanda Morris, Université Northwestern
Vue simulée du télescope spatial romain sur la galaxie d'Andromède. Crédit : NASA, NASA-GSFC, ASU, Robert Gendler DSS
Bien que la matière noire représente environ 27 % de l’univers, les astronomes n’ont pas pu l’observer directement.
Aujourd'hui, dans une nouvelle étude, une équipe internationale de chercheurs, comprenant des astrophysiciens de l'Université Northwestern, a découvert que les images à venir du télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA (dont le lancement est prévu d'ici mai 2027) pourraient contenir des indices essentiels pour comprendre ce matériau insaisissable.
Dans leur quête de matière noire, certains astrophysiciens se sont auparavant concentrés sur les lacunes des flux d'étoiles, des zones où les structures sont si minces qu'il est possible de repérer les perturbations créées par des amas de matière noire. Mais jusqu’à présent, les astronomes n’ont examiné que ces lacunes dans la Voie lactée. Avec le télescope spatial romain prenant des images de notre galaxie voisine d’Andromède, les chercheurs élargiront considérablement leur échantillon croissant de minces flux stellaires, conduisant potentiellement à davantage d’informations sur les propriétés concrètes de la matière noire.
L'étude a été acceptée pour publication par The Astrophysical Journal. Une préimpression est actuellement disponible en ligne. Il s'agit de la première exploration des perspectives de découverte de lacunes dans les flux d'étoiles au-delà de notre propre galaxie, la Voie lactée.
"Il existe des flux stellaires dans notre propre galaxie, où nous voyons des lacunes qui pourraient être dues à la matière noire", a déclaré Tjitske Starkenburg de Northwestern, co-auteur de l'étude. "Mais ces lacunes peuvent également être formées par d'autres moyens. Notre nouvelle étude démontre que nous serons en mesure d'observer ces lacunes dans des galaxies proches autres que la nôtre. Cela nous donnera de meilleures statistiques sur ces lacunes, ce qui, en fin de compte, nous aidera. mieux comprendre l'existence possible et les propriétés des amas de matière noire.
Starkenburg est professeur adjoint de recherche au Centre d'exploration et de recherche interdisciplinaires en astrophysique (CIERA) de Northwestern. Christian Aganze, chercheur postdoctoral à l'Université de Stanford, est l'auteur principal de l'étude.
Supposée être une particule, la matière noire ne peut pas encore être observée directement car elle n’émet, ne reflète, ne réfracte ni n’absorbe la lumière. Comme personne ne peut le voir, les chercheurs doivent rechercher d’autres indices pour déterminer s’il est réellement là.
"Nous observons l'effet de la matière noire sur les galaxies", a déclaré Aganze. "Par exemple,
Les astronomes espèrent particulièrement que des indices pourraient être cachés dans les flux allongés d’étoiles suspendus aux amas globulaires, groupes étroitement liés de dizaines, voire de millions d’étoiles. Les chercheurs affirment que des amas de matière noire peuvent traverser les flux stellaires pour créer des brèches. En examinant ces lacunes, les astronomes visent à découvrir des signes de matière noire.
"La raison pour laquelle ces flux sont les plus intéressants pour observer les effets de ces amas de matière noire est double", a déclaré Starkenburg. "Premièrement, ces flux "vivent" dans les régions extrêmes d'une galaxie, où il y a très peu de structure. Et deuxièmement, ces flux sont intrinsèquement très minces car ils se sont formés à partir d'amas denses d'étoiles, ce qui signifie que vous pouvez voir des lacunes. ou toute perturbation beaucoup plus facilement.
À ce jour, les télescopes spatiaux et terrestres existants ont limité la recherche à un petit nombre de courants d’amas globulaires au sein de la Voie lactée. Mais le télescope spatial romain, qui sera situé à 1 million de kilomètres de la Terre, permettra pour la première fois aux astronomes de rechercher des flux d’amas globulaires dans les galaxies proches.
L'instrument à grand champ de Roman dispose de 18 détecteurs qui produiront des images 200 fois plus grandes que celles produites par la caméra proche infrarouge du télescope spatial Hubble, et avec une résolution légèrement supérieure.
Dans la nouvelle étude, Starkenburg, Aganze et leurs collaborateurs ont simulé des flux d'étoiles, leur ont permis d'interagir avec des amas de matière noire pour créer des espaces, puis ont généré des observations simulées de ces espaces. En fin de compte, l'équipe a conclu que ces lacunes devraient être détectables dans les prochaines images du télescope spatial romain. Ils estiment également que le nouveau télescope fournira efficacement ces données en seulement une heure d’observation.
Le moment venu, les chercheurs prévoient également d’examiner le halo de matière noire entourant Andromède. Alors que les halos de matière noire entourent toutes les galaxies, y compris la Voie lactée, les chercheurs soupçonnent qu'ils pourraient trouver des preuves de sous-halos plus petits, comme le prédisent les modèles actuels.
"Nous nous attendons à ce que des sous-halos de matière noire plus petits interagissent avec les flux d'amas globulaires", a déclaré Starkenburg. "Si ces sous-halos sont présents dans d'autres galaxies, nous prévoyons que nous verrons des lacunes dans les flux d'amas globulaires qui sont probablement causées par ces sous-halos. Cela nous donnera de nouvelles informations sur la matière noire, y compris les types de halos de matière noire. sont présents et quelles sont leurs masses.
Starkenburg prépare déjà le terrain pour l'enquête sur la matière noire à travers un projet connexe.
"Cette équipe envisage de modéliser la façon dont les amas globulaires se transforment en flux stellaires en développant un cadre théorique beaucoup plus détaillé", a-t-elle déclaré. "Nous continuerons à prédire les origines des amas globulaires formant des flux et si ces flux seront observables avec Roman."
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Son influence peut être détectée par ses effets gravitationnels sur la lumière. Pour localiser la matière noire, les astronomes étudient la manière dont la faible lumière provenant de galaxies plus lointaines est déformée ou courbée en arcs et en stries par la gravité de la matière noire au premier plan. Cette technique est appelée lentille gravitationnelle est devenue quai courante .I l y a cependant les adeptes de la théorie MOND qui continent a fefuser le concept de matière noire ...
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More information: Christian Aganze et al, Prospects for Detecting Gaps in Globular Cluster Stellar Streams in External Galaxies with the Nancy Grace Roman Space Telescope, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2305.12045
Journal information: Astrophysical Journal , arXiv
Provided by Northwestern University
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