Premier courant stellaire d'amas globulaire découvert en dehors de la Voie lactée — une nouvelle méthode pour cartographier la matière noire

Comment il a été découvert dans les données d'archives de Hubble

Le courant a été repéré dans des images existantes de l'Advanced Camera for Surveys (ACS) du télescope spatial Hubble, qui avaient été prises à d'autres fins . L'équipe de recherche a fouillé les données d'archives à la recherche de signes de morphologie perturbée autour d'UGC 9050-Dw1 — une galaxie déjà connue pour être exceptionnellement riche en amas globulaires (environ 52 ± 12 identifiés) et présentant un panache de marée provenant d'interactions antérieures . L'équipe a remarqué une structure stellaire fine et allongée s'éloignant de l'un des amas globulaires de la galaxie, correspondant à la signature d'un courant de marée . L'astrophysicienne Catherine Fielder de l'Université Northwestern a participé aux travaux antérieurs de caractérisation de la population d'amas globulaires de la galaxie .

UGC 9050-Dw1 est une galaxie ultra-diffuse (UDG), un type de galaxie à très faible brillance de surface. Elle abrite un nombre inhabituellement élevé d'amas globulaires — environ 20 % de sa lumière totale provient de ces amas d'étoiles denses .

Comment les courants stellaires tracent la matière noire

La morphologie d'un courant stellaire — sa largeur, sa courbure, ainsi que les lacunes ou ondulations le long de sa longueur — encode directement le champ gravitationnel qu'il traverse . Si la matière noire est « froide » et grumeleuse, les courants seront perturbés par de nombreux sous-halos de faible masse, créant des lacunes et des plis distinctifs. Si la matière noire est chaude ou a des propriétés différentes, la population de sous-halos change, produisant des formes de courant différentes. En modélisant le courant observé dans UGC 9050-Dw1, l'équipe a commencé à tester des modèles de matière noire à des distances auparavant impossibles .

En utilisant une approche de modélisation générative appelée X-Stream, l'équipe a directement ajusté des modèles dynamiques à la forme du courant pour contraindre la masse de l'amas globulaire progéniteur et a présenté la première contrainte de halo basée sur un courant pour une galaxie ultra-diffuse . Ces travaux suggèrent qu'UGC 9050-Dw1 possède un halo de matière noire avec des propriétés structurelles spécifiques .

La révolution à venir : Roman, Euclid et Rubin

L'équipe s'attend à ce que cette détection ne soit que le début. Les missions à venir vont considérablement élargir la chasse :

• Télescope spatial Nancy Grace Roman (NASA) — Avec son imageur grand champ de 200 mégapixels, Roman peut couvrir des galaxies entières proches en une seule prise de vue, résolvant de fins courants stellaires qui nécessiteraient des centaines d'images de Hubble . Roman est spécialement conçu pour étudier les courants stellaires et devrait découvrir des dizaines de courants d'amas globulaires dans des galaxies externes . Un article scientifique de la NASA note que Roman « sera un excellent outil pour trouver de fins courants stellaires » au-delà de la Voie lactée pour la première fois .
• Euclid (ESA) — Son relevé optique et proche infrarouge à grand champ cartographiera les structures de marée extragalactiques sur de vastes zones du ciel, complétant les observations pointées plus profondes de Roman .
• Observatoire Vera C. Rubin (LSST) — Les simulations montrent que LSST seul pourrait observer 1 000 étoiles ou plus dans 40 à 100 courants d'amas globulaires au-delà de la Voie lactée .

Des projets financés par le Conseil européen de la recherche, comme BeyondSTREAMS et EXTRADARK, préparent déjà les cadres théoriques nécessaires pour interpréter la richesse des données de courants à venir provenant de ces installations .

Ensemble, ces observatoires transformeront la poignée de courants extragalactiques connus en un échantillon statistique, permettant des mesures de précision de la matière noire dans une large gamme de types et d'environnements galactiques .