Les astronomes affirment avoir résolu un mystère de longue date sur l’évolution de l’Univers : la répartition spatiale des galaxies satellites faibles autour de la Voie lactée.
L’une des nouvelles simulations haute résolution de la matière noire enveloppant la Voie lactée et sa voisine, la galaxie d’Andromède. La nouvelle étude montre que les tentatives antérieures infructueuses de trouver des homologues du plan des satellites qui entourent la Voie lactée dans les simulations de matière noire étaient dues à un manque de résolution. Crédit image : Till Sawala/Collaboration Sibelius
Ces galaxies satellites ont un alignement inhabituel dans lequel elles semblent résider sur un plan immense, mince et rotatif connu sous le nom de “plan des satellites”.
Pendant plus de 50 ans, les astronomes ont été perplexes face à cet arrangement apparemment improbable, ce qui a poussé beaucoup à remettre en question la validité du modèle cosmologique dominant, qui vise à révéler comment l’Univers en est venu à ressembler à ce qu’il est aujourd’hui.
Maintenant, une nouvelle étude dirigée en collaboration par les universités de DurhamLe Royaume-Uni et Helsinki, en Finlande, ont découvert que le plan des satellites est une bizarrerie cosmologique qui disparaîtra avec le temps de la même manière que les constellations d’étoiles se modifient progressivement.
Leurs découvertes éliminent la menace que représente le plan des satellites pour le modèle dominant de la cosmologie.
Ce concept décrit comment l’Univers a commencé et comment les galaxies observées aujourd’hui se sont progressivement développées parmi des amas de matière noire froide, une substance mystérieuse qui représente environ 27 % de l’Univers.
Les conclusions ont été publiées dans Astronomie naturelle.
Les satellites de la Voie lactée semblent être regroupés dans un plan invraisemblablement mince traversant la galaxie, ainsi que encerclant dans un disque cohérent et à longue durée de vie.
Il n’existe aucun mécanisme physique connu capable de transformer des avions satellites. Au lieu de cela, les galaxies satellites devaient être regroupées dans une configuration presque circulaire, traçant la matière noire.
Depuis la découverte des avions satellites dans les années 1970, les astronomes ont cherché et échoué à localiser des structures similaires dans des simulations réalistes de superordinateurs de l’évolution de l’Univers depuis le Big Bang jusqu’à nos jours.
L’incapacité d’expliquer la disposition des satellites a conduit les universitaires à croire que la théorie de la matière noire froide sur la formation des galaxies était incorrecte.
Cependant, les astronomes ont utilisé de nouvelles données de l’observatoire spatial GAIA de l’Agence spatiale européenne dans cette étude actuelle. GAIA crée une carte en six dimensions de la galaxie, y compris les emplacements exacts et les mesures de vitesse pour environ un milliard d’étoiles (environ 1% du total) et leurs systèmes compagnons.
Les scientifiques ont pu projeter les orbites des galaxies satellites dans le passé et le futur et voir le plan se former et se dissiper en quelques centaines de millions d’années – un simple clin d’œil dans le temps cosmique.
Les chercheurs ont également recherché des indications de plans de satellites dans de nouveaux modèles cosmologiques personnalisés.
Ils ont compris que les analyses antérieures basées sur des simulations avaient été induites en erreur en ne tenant pas compte des distances des satellites par rapport au centre de la galaxie, ce qui avait fait apparaître les systèmes de satellites virtuels considérablement plus ronds que les systèmes réels.
En tenant compte de cela, les scientifiques ont découvert de nombreuses voies lactées virtuelles, chacune avec un plan de galaxies satellites similaire à celui visible à travers les télescopes.
Ceci, selon les chercheurs, élimine l’un des principaux défis à la validité du modèle standard de la cosmologie et confirme que l’idée de matière noire continue d’être fondamentale pour la compréhension de l’Univers.
L’étrange alignement des galaxies satellites de la Voie lactée dans le ciel a laissé perplexe les astronomes pendant des décennies, à tel point qu’il a été considéré comme un défi profond pour l’orthodoxie cosmologique. Mais grâce aux données étonnantes du satellite GAIA et aux lois de la physique, nous savons maintenant que l’avion n’est qu’un alignement aléatoire, une question d’être au bon endroit au bon moment, tout comme les constellations d’étoiles dans le ciel.
Carlos Frenk, co-auteur de l’étude et professeur Ogden, Physique fondamentale, Institut de cosmologie computationnelle, Université de Durham
Carlos Frenk ajoute : «Revenez dans un milliard d’années, et l’avion se sera désintégré, tout comme les constellations d’aujourd’hui. Nous avons été en mesure de supprimer l’un des principaux défis en suspens à la théorie de la matière noire froide. Il continue de fournir une description remarquablement fidèle de l’évolution de notre Univers.”
Le plan des satellites était vraiment époustouflant. Il n’est peut-être pas surprenant qu’un puzzle qui dure depuis près de cinquante ans ait nécessité une combinaison de méthodes pour le résoudre – et une équipe internationale pour se réunir.
Dr Till Sawala, auteur principal de l’étude, Université d’Helsinki
L’étude a été soutenue financièrement par le Conseil européen de la recherche et le Conseil britannique des installations scientifiques et technologiques et a largement utilisé le supercalculateur Cosmology Machine (COSMA) de l’Université de Durham. COSMA est hébergé par Durham dans le cadre de l’installation de calcul haute performance DiRAC financée par le Conseil des installations scientifiques et technologiques pour soutenir les chercheurs à travers le Royaume-Uni.
Référence de la revue
Sawala, T., et al. (2022) Le plan des satellites de la Voie lactée est compatible avec ΛCDM. Astronomie naturelle. doi.org/10.1038/s41550-022-01856-z.