Crédit d'image: U de Chicago
Les astrophysiciens dirigés par Andrey Kravtsov de l'Université de Chicago ont résolu une contradiction embarrassante entre une théorie privilégiée sur la formation des galaxies et ce que les astronomes voient dans leurs télescopes.
Les astrophysiciens fondent leur compréhension de la formation des galaxies sur une extension de la théorie du big bang appelée théorie de la matière noire froide. Dans cette dernière théorie, les petites galaxies entrent en collision et fusionnent, induisant des salves de formation d'étoiles qui créent les différents types de galaxies massives et lumineuses que les astronomes voient aujourd'hui dans le ciel. (La matière noire tire son nom de l'idée que 85% de la masse totale de l'univers est constituée de matière inconnue invisible aux télescopes, mais dont les effets gravitationnels peuvent être mesurés sur des galaxies lumineuses.)
Cette théorie correspond à certaines données clés que les astrophysiciens ont recueillies ces dernières années. Malheureusement, lorsque les astrophysiciens ont effectué des simulations de superordinateurs il y a plusieurs années, ils se sont retrouvés avec 10 fois plus de satellites de matière noire - des amas de matière noire en orbite autour d'une grande galaxie - que prévu.
"Le problème est que les simulations ne correspondent pas aux observations des propriétés des galaxies" a déclaré David Spergel, professeur d'astrophysique à l'Université de Princeton. "Ce que représente le travail d'Andrey est une solution très plausible à ce problème."
Kravtsov et ses collaborateurs ont trouvé la solution potentielle dans de nouvelles simulations de superordinateurs qu'ils décriront dans un article qui paraîtra dans le numéro du 10 juillet de l'Astrophysical Journal. «La solution au problème réside probablement dans l'évolution des galaxies naines,» Kravtsov a dit, se référant aux petites galaxies qui habitent les franges des grandes galaxies.
En général, les astrophysiciens pensent que la formation de très petites galaxies naines devrait être supprimée. En effet, le gaz nécessaire à la formation continue d'étoiles peut être chauffé et expulsé par la première génération d'étoiles explosives de supernovae. De plus, le rayonnement ultraviolet des galaxies et des quasars qui ont commencé à remplir l'univers il y a environ 12 milliards d'années chauffe le gaz intergalactique, interrompant l'approvisionnement en gaz frais des galaxies naines.
Dans les simulations, Kravtsov, avec Oleg Gnedin du Space Telescope Science Institute et Anatoly Klypin de l'Université d'État du Nouveau-Mexique, a constaté que certaines des galaxies naines qui sont petites aujourd'hui ont été plus massives dans le passé et pouvaient collecter par gravitation le gaz qu'elles besoin de former des étoiles et de devenir une galaxie.
«Les systèmes qui semblent plutôt faibles et anémiques aujourd'hui pourraient, à leur époque de gloire, former des étoiles pendant une période relativement brève» Dit Kravtsov. "Après une période de croissance rapide de la masse, ils ont perdu la majeure partie de leur masse lorsqu'ils ont subi de fortes forces de marée de leur galaxie hôte et d'autres galaxies qui les entourent."
Ce «cannibalisme» galactique? persiste encore aujourd'hui, avec beaucoup de "cannibalisés" galaxies naines devenant des satellites en orbite autour de l'attraction gravitationnelle de plus grandes galaxies.
«Tout comme les planètes du système solaire entourant le soleil, notre galaxie de la Voie lactée et son voisin le plus proche, la galaxie d'Andromède, sont entourés d'une douzaine de« nains »faibles. galaxies ,? Dit Kravtsov. "Ces objets ont été attirés par l'attraction gravitationnelle de la Voie lactée et d'Andromède il y a quelque temps au cours de leur évolution."
Les simulations ont réussi là où d'autres avaient échoué car l'équipe de Kravtsov a analysé des simulations étroitement espacées dans le temps à haute résolution. Cela a permis à l'équipe de suivre l'évolution des objets individuels dans les simulations. «C'est assez difficile et ce n'est pas souvent fait dans les analyses de simulations cosmologiques. Mais dans ce cas, c'était la clé pour reconnaître ce qui se passait et obtenir le résultat ,? Dit Kravtsov.
Le résultat place le scénario de la matière noire froide sur un terrain plus solide. Les scientifiques ont tenté de modifier les principes fondamentaux du scénario et les propriétés des particules de matière noire pour éliminer l'écart flagrant entre la théorie et l'observation des galaxies naines. "Il s'avère que les modifications proposées ont introduit plus de problèmes qu'elles n'en ont résolu," Dit Kravtsov.
Les simulations ont été effectuées au National Center for Supercomputer Applications, University of Illinois at Urbana-Champaign, grâce à des subventions de la National Science Foundation et de la National Aeronautics and Space Administration.
Source d'origine: communiqué de presse de l'Université de Chicago
