Dans des amas géants de centaines ou de milliers de galaxies, d’innombrables étoiles errent parmi les galaxies comme des âmes perdues, émettant une brume de lumière fantomatique. Ces étoiles ne sont gravitationnellement liées à aucune galaxie d’un amas.
La question lancinante pour les astronomes a été : comment les étoiles se sont-elles si dispersées dans l’amas en premier lieu ? Plusieurs théories concurrentes incluent la possibilité que les étoiles aient été dépouillées des galaxies d’un amas, ou qu’elles aient été secouées après des fusions de galaxies, ou qu’elles aient été présentes au début des années de formation d’un amas il y a plusieurs milliards d’années.
Une récente enquête infrarouge du télescope spatial Hubble de la NASA, qui a recherché cette soi-disant « lumière intracluster », apporte un nouvel éclairage sur le mystère. Les nouvelles observations de Hubble suggèrent que ces étoiles errent depuis des milliards d’années et ne sont pas le produit d’une activité dynamique plus récente à l’intérieur d’un amas de galaxies qui les éliminerait des galaxies normales.
L’enquête comprenait 10 amas de galaxies distants de près de 10 milliards d’années-lumière. Ces mesures doivent être effectuées depuis l’espace car la faible lumière intracluster est 10 000 fois plus faible que le ciel nocturne vu du sol.
L’enquête révèle que la fraction de la lumière intracluster par rapport à la lumière totale dans le cluster reste constante, en regardant des milliards d’années en arrière dans le temps. « Cela signifie que ces étoiles étaient déjà sans abri au début de la formation du cluster », a déclaré James Jee de l’Université Yonsei à Séoul, en Corée du Sud. Ses résultats sont publiés dans le numéro du 5 janvier de La nature magazine.
Les étoiles peuvent être dispersées en dehors de leur lieu de naissance galactique lorsqu’une galaxie se déplace à travers un matériau gazeux dans l’espace entre les galaxies, alors qu’elle orbite autour du centre de l’amas. Dans le processus, la traînée pousse le gaz et la poussière hors de la galaxie. Cependant, sur la base de la nouvelle enquête Hubble, Jee exclut ce mécanisme comme cause principale de la production d’étoiles intracluster. En effet, la fraction de lumière intracluster augmenterait avec le temps jusqu’à présent si le décapage est l’acteur principal. Mais ce n’est pas le cas dans les nouvelles données de Hubble, qui montrent une fraction constante sur des milliards d’années.
« Nous ne savons pas exactement ce qui les a rendus sans abri. Les théories actuelles ne peuvent pas expliquer nos résultats, mais d’une manière ou d’une autre, ils ont été produits en grande quantité dans l’univers primitif », a déclaré Jee. « Dans leurs premières années de formation, les galaxies étaient peut-être assez petites et elles saignaient assez facilement les étoiles en raison d’une plus faible emprise gravitationnelle. »
« Si nous découvrons l’origine des étoiles intra-amas, cela nous aidera à comprendre l’histoire de l’assemblage d’un amas de galaxies entier, et elles peuvent servir de traceurs visibles de la matière noire enveloppant l’amas », a déclaré Hyungjin Joo de l’Université Yonsei, le premier auteur. du papier. La matière noire est l’échafaudage invisible de l’univers, qui maintient ensemble les galaxies et les amas de galaxies.
Si les étoiles errantes ont été produites par un jeu de flipper relativement récent parmi les galaxies, elles n’ont pas assez de temps pour se disperser dans tout le champ gravitationnel de l’amas et ne traceraient donc pas la distribution de la matière noire de l’amas. Mais si les étoiles sont nées dans les premières années de l’amas, elles se seront complètement dispersées dans tout l’amas. Cela permettrait aux astronomes d’utiliser les étoiles capricieuses pour cartographier la distribution de la matière noire à travers l’amas.
Cette technique est nouvelle et complémentaire à la méthode traditionnelle de cartographie de la matière noire en mesurant comment l’ensemble de l’amas déforme la lumière des objets d’arrière-plan en raison d’un phénomène appelé lentille gravitationnelle.
La lumière intracluster a été détectée pour la première fois dans l’amas de galaxies Coma en 1951 par Fritz Zwicky, qui a rapporté que l’une de ses découvertes les plus intéressantes était l’observation de matière intergalactique lumineuse et faible dans l’amas. Parce que l’amas Coma, contenant au moins 1 000 galaxies, est l’un des amas les plus proches de la Terre (330 millions d’années-lumière), Zwicky a pu détecter la lumière fantôme même avec un modeste télescope de 18 pouces.
La capacité et la sensibilité dans le proche infrarouge du télescope spatial James Webb de la NASA étendront considérablement la recherche d’étoiles intracluster plus profondément dans l’univers, et devraient donc aider à résoudre le mystère.
Plus d’information:
Myungkook Jee, la lumière intracluster est déjà abondante au redshift au-delà de l’unité, La nature (2023). DOI : 10.1038/s41586-022-05396-4. www.nature.com/articles/s41586-022-05396-4