Les fils scintillants d’étoiles autour de la Voie lactée pourraient apporter des réponses à l’une de nos plus grandes questions sur l’univers : qu’est-ce que la matière noire ? Avec des images prises à travers six filtres de couleurs différents montés sur la plus grande caméra jamais construite pour l’astronomie et l’astrophysique, la prochaine enquête sur l’espace et le temps de l’observatoire Vera C. Rubin révélera des flux stellaires inédits autour de la Voie lactée et leurs effets révélateurs. de leurs interactions avec la matière noire.
Aussi fascinants que des rivières qui scintillent au soleil, les courants stellaires tracent des arcs étincelants à travers et autour de notre galaxie natale, la Voie Lactée. Les flux stellaires sont composés d’étoiles qui étaient à l’origine liées dans des amas globulaires ou des galaxies naines, mais qui ont été perturbées par les interactions gravitationnelles avec notre galaxie et dessinées en longues lignes traînantes.
Ces fines traînées d’étoiles montrent souvent des signes de perturbations et les scientifiques soupçonnent que, dans de nombreux cas, la matière noire en est la cause. L’observatoire Vera C. Rubin fournira bientôt une multitude de données pour éclairer les flux stellaires, la matière noire et leurs interactions complexes.
La matière noire représente 27 % de l’univers, mais elle ne peut pas être observée directement et les scientifiques ne savent pas exactement de quoi il s’agit actuellement. Pour en savoir plus, ils utilisent diverses méthodes indirectes pour étudier sa nature. Certaines méthodes, comme la lentille gravitationnelle faible, cartographient la répartition de la matière noire à grande échelle dans l’univers. L’observation des flux stellaires permet aux scientifiques d’explorer un aspect différent de la matière noire, car ils présentent l’empreinte des effets gravitationnels de la matière noire à petite échelle.
L’observatoire Vera C. Rubin, situé au Chili, utilisera un télescope de 8,4 mètres équipé du plus grand appareil photo numérique au monde pour mener une étude sur 10 ans de l’ensemble du ciel de l’hémisphère sud à partir de fin 2025. Les données obtenues, avec des images analysées à travers six filtres de couleurs différentes, il sera plus facile que jamais pour les scientifiques d’isoler les flux stellaires au sein et au-delà de la Voie lactée et de les examiner à la recherche de signes de perturbation de la matière noire.
« Je suis vraiment enthousiaste à l’idée d’utiliser les flux stellaires pour en apprendre davantage sur la matière noire », a déclaré Nora Shipp, boursière postdoctorale à l’Université Carnegie Mellon et co-organisatrice du groupe de travail sur la matière noire au sein de la collaboration scientifique Rubin Observatory/LSST Dark Energy. « Avec l’Observatoire Rubin, nous pourrons utiliser les flux stellaires pour comprendre comment la matière noire est distribuée dans notre galaxie, depuis les plus grandes échelles jusqu’aux très petites échelles. »
L’Observatoire Rubin commencera ses opérations scientifiques fin 2025. L’Observatoire Rubin est un programme du NSF NOIRLab qui, avec le Laboratoire national des accélérateurs du SLAC, exploitera conjointement Rubin.
Les preuves suggèrent qu’un halo sphérique de matière noire entoure la Voie Lactée, composé de plus petits amas de matière noire. Ces amas interagissent avec d’autres structures, perturbant leur dynamique gravitationnelle et modifiant leur apparence observée. Dans le cas des flux stellaires, les résultats des interactions avec la matière noire apparaissent sous la forme de plis ou de lacunes dans les traînées étoilées.
Les images incroyablement détaillées de l’Observatoire Rubin permettront aux scientifiques d’identifier et d’examiner des irrégularités très subtiles dans les flux stellaires et ainsi de déduire les propriétés des amas de matière noire de faible masse qui les ont provoqués, en précisant même les types de particules dont ces amas sont constitués. .
« En observant les flux stellaires, nous serons en mesure de prendre des mesures indirectes des amas de matière noire de la Voie lactée jusqu’à des masses plus faibles que jamais, ce qui nous donnera de très bonnes contraintes sur les propriétés des particules de matière noire », a déclaré Shipp.
Les courants stellaires situés dans les régions extérieures de la Voie lactée sont particulièrement bons candidats pour observer les effets de la matière noire, car ils sont moins susceptibles d’avoir été affectés par des interactions avec d’autres parties de la Voie lactée, ce qui peut brouiller les cartes. L’observatoire Rubin sera capable de détecter des flux stellaires à une distance environ cinq fois supérieure à celle que nous pouvons voir actuellement, permettant ainsi aux scientifiques de découvrir et d’observer une toute nouvelle population de flux stellaires dans les régions extérieures de la Voie lactée.
Les courants stellaires sont difficiles à distinguer des nombreuses autres étoiles de la Voie lactée. Pour isoler les flux stellaires, les scientifiques recherchent des étoiles possédant des propriétés spécifiques indiquant qu’elles appartenaient probablement ensemble en tant qu’amas globulaires ou galaxies naines. Ils analysent ensuite le mouvement ou d’autres propriétés de ces étoiles pour identifier celles qui sont connectées sous forme de flux.
« Les flux stellaires sont comme des colliers de perles, dont les étoiles tracent le chemin de l’orbite du système et ont une histoire commune », a déclaré Jaclyn Jensen, doctorante. candidate à l’Université de Victoria qui prévoit utiliser les données Rubin/LSST pour ses recherches sur les progéniteurs des courants stellaires et leur rôle dans la formation de la Voie lactée.
« En utilisant les propriétés de ces étoiles, nous pouvons déterminer des informations sur leurs origines et le type d’interactions que le courant a pu subir. Si nous trouvons un collier de perles avec quelques perles éparses à proximité, nous pouvons en déduire que quelque chose a pu se produire et briser le collier. chaîne. »
La caméra LSST de 3 200 mégapixels de l’observatoire Rubin est équipée de six filtres couleur, dont, notamment, pour les scientifiques du flux stellaire comme Shipp et Jensen, un filtre ultraviolet. Le filtre ultraviolet de Rubin fournira des informations cruciales sur l’extrémité bleu-ultraviolet du spectre lumineux qui permettront aux scientifiques de distinguer les différences subtiles et de démêler les étoiles d’un flux des étoiles sosies de la Voie Lactée.
Dans l’ensemble, Rubin fournira aux scientifiques des milliers d’images profondes prises à travers les six filtres, leur donnant une vision plus claire que jamais des flux stellaires.
L’avalanche de données fournies par Rubin inspirera également de nouveaux outils et méthodes pour isoler les flux stellaires. Comme le note Shipp, « à l’heure actuelle, la sélection visuelle des flux potentiels est un processus fastidieux. Le grand volume de données de Rubin présente une opportunité passionnante de penser à de nouvelles façons plus automatisées d’identifier les flux. »