Aucune trace de halos de matière noire

image : La galaxie naine NGC1427A survole l’amas de galaxies Fornax et subit des perturbations qui ne seraient pas possibles si cette galaxie était entourée d’un halo de matière noire lourd et étendu, comme l’exige la cosmologie standard.
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Crédit : ESO

Les galaxies naines sont de petites galaxies faibles qui se trouvent généralement dans des amas de galaxies ou à proximité de galaxies plus grandes. Pour cette raison, ils pourraient être affectés par les effets gravitationnels de leurs plus grands compagnons. “Nous introduisons une manière innovante de tester le modèle standard basé sur la quantité de galaxies naines perturbées par les marées gravitationnelles des galaxies plus grandes à proximité”, a déclaré Elena Asencio, doctorante à l’Université de Bonn et auteure principale de l’histoire. Les marées surviennent lorsque la gravité d’un corps tire différemment sur différentes parties d’un autre corps. Celles-ci sont similaires aux marées sur Terre, qui surviennent parce que la lune tire plus fortement sur le côté de la Terre qui fait face à la lune.

L’amas Fornax possède une riche population de galaxies naines. Des observations récentes montrent que certaines de ces naines apparaissent déformées, comme si elles avaient été perturbées par l’environnement de l’amas. “De telles perturbations dans les naines Fornax ne sont pas attendues selon le modèle standard”, a déclaré Pavel Kroupa, professeur à l’Université de Bonn et à l’Université Charles de Prague. “C’est parce que, selon le modèle standard, les halos de matière noire de ces naines les nains devraient en partie les protéger des marées soulevées par l’amas.”

Les auteurs ont analysé le niveau attendu de perturbation des naines, qui dépend de leurs propriétés internes et de leur distance au centre de l’amas gravitationnellement puissant. Les galaxies de grande taille mais de faible masse stellaire et les galaxies proches du centre de l’amas sont plus facilement perturbées ou détruites. Ils ont comparé les résultats avec leur niveau observé de perturbation évident à partir de photographies prises par le VLT Survey Telescope de l’Observatoire européen austral.

“La comparaison a montré que, si l’on veut expliquer les observations dans le modèle standard” – a déclaré Elena Asencio – “les naines de Fornax devraient déjà être détruites par gravité depuis le centre de l’amas même lorsque les marées qu’elle soulève sur une naine sont de soixante-quatre fois plus faible que la propre gravité du nain. Non seulement cela est contre-intuitif, dit-elle, mais cela contredit également des études antérieures, qui ont révélé que la force externe nécessaire pour perturber une galaxie naine est à peu près la même que l’autogravité de la naine.

Contradiction avec le modèle standard

De là, les auteurs ont conclu que, dans le modèle standard, il n’est pas possible d’expliquer les morphologies observées des naines Fornax de manière auto-cohérente. Ils ont répété l’analyse en utilisant la dynamique milgromienne (MOND). Au lieu de supposer des halos de matière noire entourant les galaxies, la théorie MOND propose une correction à la dynamique newtonienne par laquelle la gravité subit une augmentation du régime des faibles accélérations.

“Nous n’étions pas sûrs que les galaxies naines seraient capables de survivre à l’environnement extrême d’un amas de galaxies dans MOND, en raison de l’absence de halos protecteurs de matière noire dans ce modèle – a admis le Dr Indranil Banik de l’Université de St Andrews – “mais nos résultats montrent un accord remarquable entre les observations et les attentes du MOND pour le niveau de perturbation des naines Fornax”.

“Il est passionnant de voir que les données que nous avons obtenues avec le télescope VLT ont permis un test aussi approfondi des modèles cosmologiques”, ont déclaré Aku Venhola de l’Université d’Oulu (Finlande) et Steffen Mieske de l’Observatoire européen austral, co-auteurs de l’étude.

Ce n’est pas la première fois qu’une étude testant l’effet de la matière noire sur la dynamique et l’évolution des galaxies conclut que les observations sont mieux expliquées lorsqu’elles ne sont pas entourées de matière noire. “Le nombre de publications montrant des incompatibilités entre les observations et le paradigme de la matière noire ne cesse d’augmenter chaque année. Il est temps de commencer à investir davantage de ressources dans des théories plus prometteuses”, a déclaré Pavel Kroupa, membre des domaines de recherche transdisciplinaires “Modélisation” et “Matière”. à l’Université de Bonn.

dr. Hongsheng Zhao de l’Université de St Andrews a ajouté : « Nos résultats ont des implications majeures pour la physique fondamentale. Nous nous attendons à trouver plus de naines perturbées dans d’autres amas, une prédiction que d’autres équipes devraient vérifier ».

Institutions participantes et financement :

Outre l’Université de Bonn, l’étude a impliqué l’Université de Saint Andrews (Écosse), l’Observatoire européen austral (ESO), l’Université d’Oulu (Finlande) et l’Université Charles de Prague (République tchèque). L’étude a été soutenue par l’Université de Bonn, le UK Science and Technology Facilities Council et le German Academic Exchange Service.

Publication: Elena Asencio, Indranil Banik, Steffen Mieske, Aku Venhola, Pavel Kroupa & Hongsheng Zhao : La distribution et les morphologies des galaxies naines de Fornax Cluster suggèrent qu’elles manquent de matière noire. Avis mensuels de la Royal Astronomical Society; https://doi.org/10.1093/mnras/stac1765/ https://arxiv.org/abs/2208.02265


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