Dans la plupart des galaxies, il semble manquer une énorme proportion de matière. Aujourd’hui, les chercheurs pourraient avoir trouvé la matière manquante de toutes les galaxies, mais cette découverte contredit les modèles acceptés sur leur formation.
Les observations de la dernière décennie ont montré que les galaxies de la taille de la Voie lactée semblent avoir beaucoup moins de matière qu’elles ne devraient en avoir. Cette attente est basée sur le rapport entre la matière noire et la matière normale (baryonique) de l’univers. Ce rapport suggère que les disques galactiques ne contiennent que 20 % de la matière baryonique qu’ils devraient posséder.
Matière baryonique des galaxies
Alors que les études des années suivantes ont trouvé environ la moitié de la matière manquante dans les nuages qui entourent les galaxies appelés milieu circumgalactique froid, l’autre moitié est restée bien cachée. Fabrizio Nicastro de l’Institut National d’Astrophysique en Italie et ses collègues ont utilisé les données de trois galaxies détectées par le télescope spatial XMM-Newton et l’Observatoire à rayons X Chandra pour rechercher le reste de la matière manquante. Les résultats de la recherche (rèf.) sont publiés sur Arvix.
Ces puissants observateurs n’ont pas été capables de détecter la matière baryonique dans l’une quelconque des galaxies. Mais lorsque les chercheurs ont superposé les observations des trois galaxies, ils ont pu mesurer la lumière globale plutôt que l’une après l’autre.
Parmi les signaux gazeux dans le milieu circumgalactique froid, ils ont repéré un gaz plus chaud avec une masse équivalant à des centaines de milliards de fois la masse du soleil. “La masse que nous estimons est suffisante pour expliquer la masse manquante dans les galaxies. Cette preuve révèle la majorité des baryons dans ces structures cosmiques”, dit Nicastro.
Une découverte extraordinaire
Il y a juste un problème. La matière ne doit pas être considérée comme manquante. Les simulations sur les jeunes galaxies montrent que les vents puissants créés par des processus énergétiques tels que la formation d’étoiles auraient vraiment dû faire partir une grande partie de la matière baryonique loin d’elles.
Mais cela signifie que le gaz manquant aurait déjà dû être loin et non pas dans le milieu circumgalactique. “Nous pensions que ces baryons devaient manquer, car ils étaient expulsés de la galaxie”, affirme Vikram Ravi du California Institute of Technology. “De ce point de vue, c’est un résultat extraordinaire si les données sont confirmées”. Si la matière manquante est vraiment là, nous devrons repenser comment les galaxies fonctionnent à grande échelle.
Lorsque nous observons le halo de la Voie lactée, en réalité nous trouvons une bonne quantité de structures et de grumeaux”, affirme Ravi. “Je pense qu’il faudra une comparaison avec des simulations très détaillées et avec la même Voie lactée pour pouvoir interpréter ces données de manière plus approfondie”. Comparer d’autres galaxies avec la Voie lactée sera particulièrement crucial dans les années à venir. En effet, nous ne sommes pas en mesure de mesurer en détail le milieu circumgalactique des galaxies autres que la nôtre.
“Une ou deux confirmations peuvent encore être fournies par des observations extrêmement longues avec les satellites à rayons X actuels (XMM-Newton et Chandra). Mais pour vraiment étudier la population de ces composants [du milieu circumgalactique], une nouvelle instrumentation est nécessaire”, déclare Nicastro. Il pourrait falloir une décennie ou plus avant que ces nouveaux télescopes ne soient prêts à révéler le mystère de cette matière manquante.