Hubble découvre CDG-2, une galaxie fantôme à 99 % de matière noire

Le télescope spatial Hubble de la NASA a identifié un objet céleste insaisissable connu sous le nom de CDG-2, une galaxie à faible brillance de surface qui demeure presque invisible pour l'observation traditionnelle. Située à environ 300 millions d'années-lumière dans l'amas de Persée, cette rare galaxie « fantôme » est composée d'environ 99 % de matière noire, remettant en question les modèles existants sur la naissance et la pérennité des galaxies. Contrairement aux galaxies typiques qui brillent de l'éclat de milliards d'étoiles, CDG-2 ne contient qu'une dispersion éparse de populations stellaires faibles, ce qui en fait l'un des objets les plus lourdement dominés par la matière noire jamais enregistrés par les astronomes.

Qu'est-ce que CDG-2 et pourquoi est-elle presque invisible ?

CDG-2 (Candidate Dark Galaxy-2) est une galaxie ultra-diffuse à faible brillance de surface, presque invisible car elle émet extrêmement peu de lumière stellaire par rapport à sa taille massive. Alors qu'une galaxie typique se définit par ses étoiles lumineuses, 99 % de la masse de CDG-2 est constituée de matière noire, une substance invisible qui n'émet, n'absorbe ni ne réfléchit la lumière, laissant la galaxie apparaître comme une lueur faible et spectrale dans les images de l'espace profond.

Les caractéristiques physiques de CDG-2 sont remarquablement extrêmes par rapport à la Voie lactée ou à d'autres galaxies spirales lumineuses. L'analyse préliminaire menée par les chercheurs suggère que CDG-2 possède la luminosité totale d'environ 6 millions d'étoiles semblables au Soleil, une quantité minuscule pour une galaxie de son échelle gravitationnelle. Une grande partie de sa matière baryonique « normale » — spécifiquement l'hydrogène gazeux nécessaire pour déclencher la formation de nouvelles étoiles — a probablement été arrachée par des interactions gravitationnelles intenses avec d'autres galaxies massives au sein de l'amas de Persée. Cette « famine » environnementale a laissé la galaxie avec une population stellaire squelettique, dominée presque entièrement par son halo invisible de matière noire.

Que sont les amas globulaires et comment aident-ils à détecter les galaxies sombres ?

Les amas globulaires sont des groupes denses et compacts d'étoiles anciennes liées entre elles par la gravitation, servant de « traceurs » fiables pour la masse invisible dans l'univers. Parce que ces amas sont étroitement regroupés et résistants à la dislocation par les forces de marée, leur présence en un groupement serré indique un ancrage gravitationnel massif et invisible — spécifiquement de la matière noire — qui les maintient en place malgré l'absence d'étoiles visibles.

La méthodologie utilisée pour identifier CDG-2 représente une avancée significative dans l'astronomie extragalactique. Dirigée par David Li de l'Université de Toronto, l'équipe de recherche a employé des techniques statistiques avancées pour rechercher des regroupements serrés de ces amas. En utilisant l'imagerie haute résolution du télescope spatial Hubble, de l'observatoire Euclid de l'Agence spatiale européenne (ESA) et du télescope Subaru à Hawaï, les astronomes ont confirmé une collection de quatre amas globulaires dans l'amas de Persée. « C'est la première galaxie détectée uniquement grâce à sa population d'amas globulaires », a déclaré Li, notant que ces amas représentent environ 16 % de la lumière visible de la galaxie.

Pourrait-il y avoir d'autres galaxies sombres que nous n'avons pas encore trouvées ?

Les astrophysiciens pensent qu'il pourrait exister une vaste population non découverte de galaxies sombres cachées au sein de la toile cosmique, CDG-2 n'étant probablement que la « partie émergée de l'iceberg ». À mesure que les relevés du ciel s'étendent, les chercheurs utilisent de plus en plus l'apprentissage automatique et la modélisation statistique pour identifier ces systèmes furtifs qui échappaient auparavant à la détection en raison des limites de sensibilité des télescopes traditionnels.

La découverte de CDG-2 a des implications majeures pour notre compréhension de la formation galactique et de la distribution de la matière noire. Selon les théories traditionnelles de formation stellaire, une galaxie avec une densité d'étoiles aussi faible devrait avoir du mal à maintenir son intégrité structurelle. Cependant, la présence écrasante de matière noire fournit la « colle » gravitationnelle nécessaire pour empêcher la galaxie d'être déchiquetée par les forces de marée massives de l'amas de Persée. L'existence de CDG-2 suggère que :

• Des halos de matière noire peuvent exister sans presque aucune masse stellaire associée.
• Les amas de galaxies peuvent abriter des milliers de galaxies « fantômes » actuellement trop faibles pour être vues.
• Les modèles standard de l'évolution des galaxies pourraient devoir prendre en compte des processus de dépouillement environnemental plus diversifiés.

Remettre en question les fondements de l'évolution galactique

La survie structurelle de CDG-2 dans un environnement à haute densité comme l'amas de Persée suggère que notre recensement actuel de l'univers est incomplet. Si CDG-2 est représentative d'une classe d'objets plus large, cela implique que le « chaînon manquant » entre les halos de matière noire et les galaxies visibles pourrait être plus courant qu'on ne le pensait auparavant. Cette découverte, publiée dans The Astrophysical Journal Letters, offre un nouveau laboratoire pour tester la nature des particules de matière noire, car la densité et la distribution de la matière au sein de CDG-2 offrent des indices sur le comportement de cette substance mystérieuse sur des milliards d'années.

Orientations futures de la recherche dans l'espace lointain

À l'avenir, la recherche de galaxies à faible brillance de surface entrera dans une ère de haute précision avec le déploiement d'observatoires de nouvelle génération. Alors que le télescope spatial Hubble continue de fournir les données haute résolution nécessaires pour identifier les amas globulaires, les missions à venir comme le télescope spatial Nancy-Grace-Roman de la NASA et l'Observatoire Vera-C.-Rubin effectueront des relevés à grand champ capables de trouver des milliers de candidates aux galaxies sombres. Ces missions permettront aux scientifiques de cartographier la distribution de la matière noire avec une précision sans précédent, nous rapprochant ainsi de la résolution de l'un des plus grands mystères de la physique moderne.

Le télescope spatial Hubble, une collaboration entre la NASA et l'ESA, reste à l'avant-garde de cette recherche. Géré par le Goddard Space Flight Center de la NASA avec des opérations scientifiques menées par le Space Telescope Science Institute (STScI), les trois décennies de service de Hubble continuent de redéfinir les frontières de l'univers observable. En identifiant des objets comme CDG-2, Hubble fournit les preuves empiriques nécessaires pour combler le fossé entre la cosmologie théorique et les étoiles visibles qui peuplent notre ciel nocturne.