Observation d’un plan de galaxies naines en rotation autour de Centaurus A, une énigme cosmologique

Cette observation a fait la Une de la revue Science : les galaxies naines qui sont en orbite de la grosse galaxie elliptique Centaurus A forment un plan autour d’elle et tournent autour dans le même sens, un phénomène déjà entrevu en 2015 dans le groupe de Centaurus A et en 2013 autour de la galaxie d’Andromède, ainsi qu’autour de notre Galaxie. Le modèle cosmologique standard ?CDM n’explique pas ce comportement.

La galaxie elliptique Centaurus A est située 4 fois plus loin que la galaxie d’Andromède, à 13 millions d’années-lumière. Elle fait encore partie des galaxies proches de la Voie Lactée. Comme toutes les grosses galaxies, elle possède des galaxies naines satellites qui sont en orbite autour d’elle. Mais le modèle standard cosmologique stipule que les grosses galaxies attirent vers elles les petits halos de matière formant des galaxies naines et que ces dernières doivent venir de toutes les directions avec un vecteur vitesse aléatoire. Selon le modèle, les galaxies satellites doivent donc se répartir en un halo quasi sphérique autour des grosses galaxies. Mais l’astrophysicien suisse Olivier Müller (Université de Bâle) et ses collaborateurs australien, américain et allemand ont prouvé qu’il n’en n’est rien. Sur les 16 galaxies naines satellites de Cen A dont ils ont analysé statistiquement les positions et les vitesses, 14 d’entre elles se répartissent dans un plan très mince.

Ce plan a une élongation (longueur du grand axe) de 309 kpc et une épaisseur de 69 kpc (1 kpc = 3260 années-lumière). Le plan est vu depuis la Terre presque sur la tranche, il est quasi orthogonal à la barre de poussière sombre qui traverse Cen A, avec une inclinaison de 14,6°. C’est cet alignement heureux qui a permis aux astronomes de mesurer les vitesses d’un côté et de l’autre du plan et montrer que les 14 galaxies naines se mouvaient toutes dans le même sens en formant un système planaire en co-rotation autour de Cen A.

On se rappelle que l’américain Brent Tully avait déjà réussi à mettre en évidence l’existence de tels plans dans le même groupe de galaxies de Centaurus A en 2015, et vous vous souvenez sans doute du même type d’observation qui avait été faite autour d’Andromède (13 galaxies satellites sur 15 dans le même plan) et qui avait fait grand bruit en 2013 du fait de la participation d’un lycéen à cette étude (et avec la Une de Nature à l’époque).

Certaines galaxies satellites de notre Galaxie semblent également se mouvoir dans le même plan, même si ces mesures sont plus sujettes à de fortes incertitudes.

Les meilleures simulations numériques de formation de galaxies comme Millenium ou Illustris, qui appliquent scrupuleusement les lois du modèle cosmologique standard parviennent à produire des galaxies satellites réparties dans un plan autour de grosses galaxies, mais seulement dans 0,42 % des cas ! Différentes observations commencent donc sérieusement à contredire les prédictions théoriques avec une bonne signifiance statistique (presque 4 sigmas).

Les chercheurs n’ont pas d’explication évidente dans le cadre du modèle standard. Avant de remettre en cause le modèle ?CDM, ce qui pourrait être la conséquence logique de ces observations incomprises, il va tout d’abord falloir confirmer les analyses de l’équipe de Olivier Müller et ses collègues, ainsi que les observations antérieures autour d’Andromède et de nos galaxies naines satellites.

Distribution des galaxies satellites autour de Centaurus A

Il faudra également pouvoir rejeter des explications alternatives. L’une d’elles indique que comme la matière noire tendrait à former des vastes filaments entre les galaxies, les effets gravitationnels de ces filaments produiraient des sortes de couloirs ou d’autoroutes pour la matière ordinaire et la conduiraient dans une certaine direction autour des grandes galaxies. Mais certaines simulations prennent déjà en compte ces effets et ne reproduisent que très peu de plans de galaxies satellites en rotation. Une autre alternative serait que les structures de matière noire qui modèlent l’arrangement des galaxies s’étalent à une échelle beaucoup plus grande que la distance séparant la Voie Lactée de Centaurus A. Une telle distribution de matière noire à grande échelle, non considérée dans les simulations, pourrait produire, selon les chercheurs, des structures planaires à grande échelle. D’ailleurs, il semble que les galaxies satellites d’Andromède et celles de Centaurus A forment des plans qui sont parallèles entre eux…

Il faudra aussi observer d’autres grosses galaxies et ce qui se passe autour, et surtout des galaxies éloignées le plus possible de notre voisinage afin d’éliminer les effets locaux potentiels.

Comme le dit l’astronome américain spécialiste des galaxies Michael Boylan-Kolchin dans le même numéro de Science : « Au pire, nous améliorerons notre connaissance de la formation des galaxies, au mieux, nous comprendrons encore mieux les lois de la physique. La distribution des galaxies satellites autour des galaxies proches ne produit pas encore une véritable crise qui nous conduirait vers un nouveau paradigme, mais les résultats de Müller et al. font monter les enchères… »

yogaesoteric
10 novembre 2018

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