Les galaxies noires sont des galaxies dépourvues d’étoiles, ou en produisant très peu, les rendant ainsi totalement obscures et complexes à détecter. Dans les modèles théoriques, ces galaxies sont censées être la première étape de formation des galaxies telles que nous les observons aujourd’hui. La récente découverte de six galaxies noires potentielles représente une étape importante dans la validation du modèle cosmologique standard.

Une galaxie noire est un type de galaxie caractérisée par la présence d’un halo de matière noire et constitué d’un disque de matière baryonique neutre (gaz neutre et poussières). Une telle galaxie ne produit pas ou peu d’étoiles ; son taux de fabrication d’étoile est 100 fois inférieur à celui des galaxies ordinaires. Ainsi, les scientifiques ont estimé qu’il faudrait 100 milliards d’années pour qu’une galaxie noire transforme la totalité de sa matière stellaire en étoiles. Le rapport de masse entre matière baryonique et matière noire est compris entre 0.01 et 0.15, ce qui rend les galaxies noires presque totalement obscures aux observations.

Selon le modèle cosmologique standard — le modèle Λ-CDM — ces galaxies se sont formées très peu de temps après le Big Bang et constituent la première étape de formation des galaxies actuelles. Leur mise en évidence est donc importante pour la consolidation de nôtre modèle cosmologique. Grâce à des observations effectuées avec l’instrument MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) du Very Large Telescope (VLT), une équipe européenne d’astrophysiciens a pu identifier six galaxies noires potentielles situées à 12 milliards d’années-lumière de la Terre. Les résultats ont été publiées dans The Astrophysical Journal.

galaxie noire muse

Grâce à l’étude de la raie d’émission Lyman-alpha de l’hydrogène des six galaxies noires, induite par le rayonnement ultraviolet des quasars à proximité, les astrophysiciens ont pu déterminer plusieurs propriétés de ces galaxies. Sur ces relevés, la colonne de gauche indique le spectre d’émission de chaque galaxie, tandis que les colonnes du milieu et de droite indiquent la localisation de chaque galaxie (cercle rouge). Crédits : Raffaella Anna Marino & al.

Malgré leur obscurité intrinsèque, ces six galaxies sont illuminées par fluorescence par des quasars situés à proximité. Les quasars sont des noyaux actifs de galaxies contenant un trou noir supermassif ; la friction thermique de la matière du disque d’accrétion est la source d’un puissant rayonnement électromagnétique. Ces objets cosmiques peuvent donc servir de « torches lumineuses » pour détecter les objets obscures. Le rayonnement ultraviolet émit par les quasars est absorbé puis réémit (par fluorescence) par l’hydrogène des galaxies noires. L’étude de ce spectre d’émission — plus particulièrement de la raie Lyman-alpha — permet ainsi aux astrophysiciens de déterminer certaines propriétés des objets.

Les six galaxies noires potentielles sont relativement petites et compactes, avec des masses estimées entre 200 millions et 6 milliards de masses solaires. Elles partagent des caractéristiques identiques avec les précédentes galaxies noires découvertes au cours des dernières années, ce qui en fait de bonnes candidates. Malgré ces découvertes, les galaxies noires restent des objets peu compris et remonter toujours plus loin dans l’Histoire de l’Univers nécessite des instruments toujours plus performants. La nouvelle génération de télescopes, incluant le télescope spatial Jams Webb, devrait permettre de lever un certain nombre de ces mystères cosmiques.

Source : The Astrophysical Journal

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