Comment naissent les galaxies naines très faibles —

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  • Comme leur nom l’indique, les galaxies ultradiffuses, ou UDG, sont des galaxies naines dont les étoiles sont réparties sur une vaste région, ce qui entraîne une luminosité de surface extrêmement faible, les rendant très difficiles à détecter. Plusieurs questions sur les UDG restent sans réponse : Comment ces nains se sont-ils retrouvés si étendus ? Leurs halos de matière noire – les halos de matière invisible entourant les galaxies – sont-ils spéciaux ?

    Aujourd’hui, une équipe internationale d’astronomes, co-dirigée par Laura Sales, astronome à l’Université de Californie, Riverside, rapporte dans Astronomie de la naturequ’il a utilisé des simulations sophistiquées pour détecter quelques UDG « éteints » dans des environnements à faible densité de l’univers. Une galaxie éteinte est une galaxie qui ne forme pas d’étoiles.

    “Ce que nous avons détecté est en contradiction avec les théories de la formation des galaxies, car les naines éteintes doivent être dans des amas ou des environnements de groupe afin d’éliminer leur gaz et d’arrêter de former des étoiles”, a déclaré Sales, professeur agrégé de physique et d’astronomie. “Mais les UDG trempés que nous avons détectés sont isolés. Nous avons pu identifier quelques-uns de ces UDG trempés sur le terrain et retracer leur évolution dans le temps pour montrer qu’ils provenaient d’orbites de dosseret.”

    Ici, « sur le terrain » fait référence aux galaxies isolées dans des environnements plus calmes et non dans un environnement de groupe ou d’amas. Sales a expliqué qu’une galaxie de backsplash est un objet qui ressemble à une galaxie isolée aujourd’hui, mais dans le passé était un satellite d’un système plus massif – semblable à une comète, qui visite notre soleil périodiquement, mais passe la majeure partie de son voyage dans l’isolement. , loin de la plupart du système solaire.

    “Les galaxies isolées et les galaxies satellites ont des propriétés différentes parce que la physique de leur évolution est assez différente”, a-t-elle déclaré. “Ces galaxies backsplash sont intrigantes car elles partagent des propriétés avec la population de satellites du système auquel elles appartenaient autrefois, mais aujourd’hui, on les observe isolées du système.”

    Les galaxies naines sont de petites galaxies qui contiennent entre 100 millions et quelques milliards d’étoiles. En revanche, la Voie lactée compte 200 à 400 milliards d’étoiles. Alors que toutes les UDG sont des galaxies naines, toutes les galaxies naines ne sont pas des UDG. Par exemple, à luminosité similaire, les naines présentent une très large gamme de tailles, de compactes à diffuses. Les UDG sont la queue de la plupart des objets étendus à une luminosité donnée. Un UDG a le contenu stellaire d’une galaxie naine, 10 à 100 fois plus petite que la Voie lactée. Mais sa taille est comparable à la Voie lactée, ce qui lui confère la luminosité de surface extrêmement faible qui la rend spéciale.

    Sales a expliqué que le halo de matière noire d’une galaxie naine a une masse au moins 10 fois plus petite que la Voie lactée, et la taille varie de la même manière. Les UDG, cependant, enfreignent cette règle et montrent une extension radiale comparable à celle de galaxies beaucoup plus grandes.

    “L’une des théories populaires pour expliquer cela était que les UDG sont des” Voies lactées ratées “, ce qui signifie qu’elles étaient destinées à être des galaxies comme notre propre Voie lactée mais qu’elles n’ont en quelque sorte pas réussi à former des étoiles”, a déclaré José A. Benavides, un étudiant diplômé de la Institut d’astronomie théorique et expérimentale en Argentine et premier auteur du document de recherche. “Nous savons maintenant que ce scénario ne peut pas expliquer tous les UDG. Ainsi, des modèles théoriques apparaissent où plus d’un mécanisme de formation peut être capable de former ces objets ultradiffus.”

    Selon Sales, la valeur de la nouvelle œuvre est double. Premièrement, la simulation utilisée par les chercheurs, appelée TNG50, a réussi à prédire les UDG avec des caractéristiques similaires aux UDG observées. Deuxièmement, les chercheurs ont trouvé quelques rares UDG trempés pour lesquels ils n’ont aucun mécanisme de formation.

    “En utilisant TNG50 comme une” machine à remonter le temps “pour voir comment les UDG sont arrivés là où ils se trouvent, nous avons découvert que ces objets étaient des satellites plusieurs milliards d’années auparavant, mais ont été expulsés sur une orbite très elliptique et semblent isolés aujourd’hui”, a-t-elle déclaré.

    Les chercheurs rapportent également que selon leurs simulations, les UDG éteints peuvent généralement constituer 25 % d’une population ultradiffuse de galaxies. Dans les observations, cependant, ce pourcentage est beaucoup plus faible.

    “Cela signifie que de nombreuses galaxies naines tapies dans l’obscurité sont peut-être restées non détectées par nos télescopes”, a déclaré Sales. “Nous espérons que nos résultats inspireront de nouvelles stratégies pour étudier l’univers à faible luminosité, ce qui permettrait un recensement complet de cette population de galaxies naines.”

    L’étude est la première à résoudre la myriade d’environnements – des nains isolés aux nains en groupes et en grappes – nécessaires pour détecter les UDG, et avec une résolution suffisamment élevée pour étudier leur morphologie et leur structure.

    Ensuite, l’équipe de recherche poursuivra son étude des UDG dans les simulations TNG50 pour mieux comprendre pourquoi ces galaxies sont si étendues par rapport à d’autres galaxies naines avec le même contenu stellaire. Les chercheurs utiliseront le télescope Keck à Hawaï, l’un des télescopes les plus puissants au monde, pour mesurer la teneur en matière noire des UDG dans l’amas de la Vierge, l’amas de galaxies le plus proche de la Terre.

    “Les futurs télescopes, tels que le Large Synoptic Survey Telescope ou le Roman Space Telescope, seront mis en ligne dans les cinq à dix prochaines années avec des capacités de détection de beaucoup plus de ces UDG intrigants”, a déclaré Sales.

    L’étude a été partiellement financée par un prix CAREER de la National Science Foundation et une subvention du programme de théorie de l’astrophysique de la NASA aux ventes.

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