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Les galaxies naines posent un nouveau problème pour les modèles de l'univers primitif

Les galaxies naines posent un nouveau problème pour les modèles de l'univers primitif


Obtenir le nombre observé de galaxies naines entourant la galaxie de la Voie lactée pour qu'il corresponde aux simulations de l'univers

PLes psychiatres ont été pris dans une énigme sur l’univers. Dans une étude récente publiée dans Le journal astrophysiqueAndrew Wetzel, physicien à l’Université de Californie, semble enfin avoir résolu le problème. Il a finalement créé un modèle de l'univers qui convient à l'observation.

Les simulations de l'univers suggèrent que notre galaxie devrait être entourée de petites grappes d'étoiles en orbite autour de notre galaxie. Celles-ci sont appelées galaxies naines par les astrophysiciens. Un modèle produit par Anatoly Klypin et son équipe de la New Mexico State University a suggéré que des milliers de galaxies naines tournent autour de notre galaxie, la Voie lactée.

Mais ce n’est pas ce que les astronomes ont vu à l’époque. En 1999, on savait que le nombre de galaxies naines autour de la Voie lactée n'était que de onze. Des résultats tels que ces astrophysiciens forcés reviennent à la planche à dessin. La création d'une simulation de l'univers dans lequel le nombre de galaxies naines a diminué de manière compatible avec le nombre observé de galaxies naines était un nouveau défi. Des astrophysiciens comme Wetzel appellent ce défi le «problème des satellites manquants».

En 2005, une équipe d’astronomes travaillait à l’observatoire Apache Point de Sunspot, au Nouveau-Mexique. À l'aide de ce nouveau et avancé télescope, ils ont découvert quelque chose d'inattendu. Produit en Le journal astronomique en 2005, leurs résultats ont augmenté le nombre de galaxies naines connues autour de la galaxie de la Voie lactée. Cela a changé ce que les scientifiques savaient de l'univers.

Ces amas d'étoiles, avec moins de 100 000 masses solaires, avaient des étoiles de fièvre que celles trouvées dans les autres galaxies naines précédemment découvertes. Une étude plus poussée a montré pourquoi les objets étaient passés inaperçus. Ils étaient extrêmement faibles. Particulièrement comparée à certains des objets les plus faibles du ciel nocturne comme Ursa Minor, une galaxie naine découverte en 1955 à l'observatoire de Lowell (Willman et al., 2005, p. 2699). La formation que Beth Willman et son équipe découvrirent s’appellera Willman 1.

Après leur découverte, la chasse était lancée pour découvrir d’autres objets similaires. Depuis lors, le nombre de galaxies naines en orbite autour de notre galaxie a augmenté pour atteindre une cinquantaine. Mais cela n’a pas résolu les problèmes pour les physiciens créant des simulations de l’univers. Plutôt que d'avoir trop de galaxies naines dans leurs simulations, les astrophysiciens ont découvert qu'elles en avaient trop peu.

D’autres équipes d’astrophysiciens avaient déjà pris en compte le nombre réduit de galaxies naines en orbite autour de notre galaxie en 1999. Ces nouveaux résultats de Wilman et la découverte de nouvelles galaxies naines ont «jeté les bases de leurs modèles». Une fois encore, les astrophysiciens ont été forcés de revenir à leurs modèles et de comprendre la science.

L'une des raisons pour lesquelles le modèle correct est si important est que les astrophysiciens espèrent utiliser ces modèles pour mieux comprendre la physique derrière la formation de l'univers. S'ils le font, ils auront une compréhension plus précise de notre galaxie et de la façon dont les amas d'étoiles de l'univers primitif se sont transformés en galaxies au fil du temps. Mais les nains géants posent un nouveau défi pour ces modèles.

Prenons l'exemple d'Antila 2, un grand nain découvert en orbite autour de notre galaxie. La découverte de cet objet rapporté par le Société royale d'astronomie retour fin 2018, ajoute au puzzle. Ses étoiles sont si minces qu'on peut presque le voir se fondre dans le fond des objets situés derrière. Des nains comme celui-ci auraient dû être aspirés et faire partie de la galaxie de la Voie Lactée. Expliquer pourquoi ils n’étaient pas et pourquoi ils sont devenus si gros est un casse-tête.

James Ballock, physicien à l'Université de Californie, soupçonne que cet amas géant pourrait avoir été provoqué par l'explosion d'un nain plus petit comme un ballon provoqué par des explosions de supernova et l'attraction gravitationnelle de la galaxie de la Voie lactée voisine. Obtenir le bon modèle signifie avoir une meilleure idée de la façon dont des phénomènes étranges tels que les énormes galaxies naines pourraient se former à côté des galaxies plus grandes.

Montrer que la supernova et les forces de marée gravitationnelles expliquent les origines de nains géants comme Antila 2 reste un défi pour les astrophysiciens. Le nombre de supernovae nécessaires pour étendre Antila 2 à sa taille actuelle est immense, étant donné qu’il représente un tiers de la taille de notre propre galaxie, la Voie Lactée. Expliquer ses origines pourrait bien être un casse-tête permanent pour les physiciens théoriciens.

Un autre défi pour ces scientifiques consiste à découvrir combien de galaxies naines trouveront de nouveaux instruments. Une étude réalisée en 2008 estimait qu'il pourrait y avoir entre 300 et 600 galaxies naines dans un rayon de 1,3 million d'années-lumière de notre galaxie. Des tests comme celui-ci auront lieu lorsque le grand télescope synoptique, un observatoire situé sur la montagne de Cerro Pachon au Chili, sera opérationnel d'ici quelques années.

Les origines de la galaxie de la voie lactée. Crédit: Hopkins Research Group / Caltech

Selon Wetzel, le «problème des satellites manquants» a amené de nombreux physiciens théoriciens à expliquer les phénomènes observés. L'une des raisons pour lesquelles le modèle correct est si important est qu'il permet également aux physiciens théoriciens de brosser un tableau du premier univers. Et les résultats sont beaux.

Si vous regardez à gauche, vous trouverez une vidéo de la formation de notre galaxie de la Voie Lactée. Cette simulation commence juste après la naissance de l'univers primitif il y a 13,8 milliards d'années et se termine par une galaxie de la Voie Lactée entièrement formée telle qu'elle se présente de nos jours. Si vous regardez de plus près, vous pouvez voir que les amas d'étoiles grossissent en orbite autour du corps principal d'étoiles. Finalement, ces premiers groupes sont capturés par la force de gravité et font partie de la galaxie.

Wetzel et son équipe ont réussi à résoudre le puzzle qui déroutait les physiciens théoriciens depuis un certain temps. Dans une étude récente publiée en 2016, Wetzel et ses collègues ont proclamé que leur modèle de l'univers primitif «produit une population réaliste de galaxies naines satellites et isolées, cohérente avec plusieurs observations» (Wetzel et al. 2016, p. 6). Leurs recherches les ont amenés à dessiner une image plus claire des origines de notre galaxie et de son évolution et continueront à évoluer avec le temps.

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