Dévoiler les secrets de la matière sombre grâce aux galaxies asymétriques

Les chercheurs mesurent la vitesse de la matière noire en étudiant les galaxies asymétriques affectées par la friction dynamique causée par la matière noire. Cette méthode aide à comprendre les interactions entre les galaxies et la matière noire, contribuant à la physique théorique et à la cosmologie. Crédit : SciTechDaily.com

L'étude des galaxies asymétriques révèle comment les effets gravitationnels et la friction dynamique peuvent éclairer les mystères de la matière noire, faisant progresser notre compréhension de la cosmologie.

Alors, comment peut-on mesurer la vitesse de la matière noire ? La condition préalable est de trouver une galaxie dans l'univers qui se déplace par rapport à la matière noire. Étant donné que tout dans l'univers est en mouvement et qu'il existe une grande quantité de matière noire, il n'est pas difficile de trouver de telles galaxies.

Les objets lourds, tels que les galaxies, attirent tous les types de matière, qu'il s'agisse de matière noire ou de matière visible que nous rencontrons quotidiennement. Lorsque la matière noire passe devant une galaxie, la galaxie commence à attirer les particules de matière noire vers elle. Cependant, le changement de direction de vitesse des particules prend du temps. Avant que leur trajectoire ne se courbe vers la galaxie, elles parviennent déjà à passer devant la galaxie.

Ainsi, les particules de matière noire n'entrent pas dans la galaxie, mais se déplacent plutôt derrière la galaxie (voir vidéo ci-dessous). Derrière la galaxie, par conséquent, la densité de matière augmente, ce qui entraîne un ralentissement de la galaxie - un phénomène appelé friction dynamique. La force de la friction dynamique dépend à son tour de la rapidité avec laquelle les particules de matière noire passent devant la galaxie, c'est-à-dire combien de temps la galaxie a le temps de changer la trajectoire des particules de matière noire. Lorsque les particules passent lentement, la densité de matière augmente près de la galaxie, ce qui entraîne un ralentissement plus important.

Le point vert représente une galaxie, et les panneaux supérieurs montrent le mouvement des particules de matière noire devant la galaxie (si une galaxie existe dans le panneau correspondant). Les panneaux inférieurs montrent la forme de toutes les trajectoires, démontrant que le champ gravitationnel d'une galaxie affecte les particules de matière, créant une surdensité derrière la galaxie. La surdensité ralentit à nouveau la galaxie et déforme sa forme. Crédit : Rain Kipper

Supposons que la galaxie causant la friction dynamique ne soit pas petite, mais grande. Dans ce cas, la surdensité derrière elle génère une friction de forces différentes selon les points de la galaxie, comme on peut le voir sur la figure 1. La différence de friction rend la forme de la galaxie plus asymétrique. Nous connaissons un changement similaire de forme sur Terre avec les marées - les marées hautes et basses causées par la gravité de la lune.

Peu importe finalement la taille que les particules de matière noire finiront par avoir - leur orbite se courbe toujours derrière la galaxie. La méthode pourrait ne pas produire des résultats précis si les particules étaient de taille comparable à celles des galaxies elles-mêmes. Cependant, ces modèles de matière noire sont déjà exclus.

Figure 1. Friction dynamique. Les panneaux représentent des zones clairsemées de l'univers avec des couleurs sombres et des zones denses avec des couleurs claires. Les panneaux supérieurs montrent la densité autour d'une galaxie si la gravité de la galaxie courbe (à gauche) ou ne courbe pas (à droite) les trajectoires des particules de matière noire. Le panneau inférieur montre la différence entre eux, ou comment la galaxie affecte la distribution de matière noire. Les flèches représentent l'accélération causée par la surdensité derrière la galaxie, à partir de laquelle la friction sur le centre de la galaxie est déduite. Étant donné que les flèches ont des directions et des intensités différentes dans différentes zones, les forces de marée peuvent modifier la forme d'une galaxie. Crédit : Rain Kipper

Il n'est pas difficile de trouver les galaxies asymétriques elles-mêmes, car elles représentent environ 30 % de toutes les galaxies dans l'espace extérieur. Bien sûr, cela dépend beaucoup de la distance à laquelle on regarde dans les parties extérieures d'une galaxie et du niveau d'asymétrie qui qualifie une galaxie d'asymétrique.

De plus, la forme asymétrique d'une galaxie peut ne pas être causée uniquement par la friction dynamique. Il existe un certain nombre d'autres raisons à cela. Par exemple, les galaxies qui se sont formées après la collision de plusieurs galaxies peuvent être asymétriques. Dans ce cas, cependant, nous devrions être en mesure de détecter quelque part à l'intérieur de la galaxie le noyau d'une autre galaxie ou un halo stellaire plus grand. L'asymétrie galactique peut également être causée par un flux constant de gaz. Dans de telles situations, la forme de la galaxie prendra quelques milliards d'années pour se rétablir.

Ainsi, pour mesurer les vitesses de la matière noire, nous avons besoin d'une galaxie asymétrique suffisamment isolée des autres galaxies que possible. Dans ce cas, il est plus certain qu'il ne lui est rien arrivé d'autre que le passage de matière noire.

Dans cette recherche, nous avons réussi à calculer précisément les forces qui affectent les galaxies dans les cycles de marées. La prochaine étape consiste à trouver des galaxies suffisamment asymétriques dans l'univers pour étudier la vitesse de la matière noire par rapport aux galaxies.

Cosmology is an important test polygon of theoretical physics. Calculating the speed of dark matter can be important for testing new dark matter models and lifting the veil of secrecy over the nature of dark matter.