Le mystère d'une galaxie énigmatiquement dense dans un anneau d'Einstein enfin résolu

galaxie anneau einstein — © P. van Dokkum et al., Nature Astronomy accepted, 2023

L’année dernière, le télescope James-Webb (JWST) a repéré une galaxie d’une densité inhabituelle, entourée d’un « anneau d’Einstein ». Désormais, les chercheurs pensent avoir trouvé une explication à ce phénomène cosmique intrigant. L’énigmatique galaxie semble être comprimée par un halo massif de matière noire, ce qui expliquerait sa densité inhabituelle au sein de l’anneau d’Einstein.

La découverte de l’anneau d’Einstein

Les anneaux d’Einstein, prédits par la théorie de la relativité d’Einstein, sont des halos lumineux créés par un phénomène appelé « lentille gravitationnelle ». Cela se produit lorsque la lumière d’un objet lointain est déformée autour d’un objet massif situé entre cet objet lointain et l’observateur, donnant l’impression que la lumière est courbée par la gravité.

En septembre 2023, les astronomes ont découvert un anneau d’Einstein nommé JWST-ER1 dans les données collectées par le JWST. Il se compose de deux parties : JWST-ER1r, l’anneau lumineux composé de la lumière de la galaxie lointaine, et JWST-ER1g, l’objet massif à l’avant-plan réfléchissant la lumière de la galaxie lointaine.

JWST-ER1r, situé à environ 21 milliards d’années-lumière de la Terre, est l’objet à lentille gravitationnelle le plus éloigné jamais découvert. Après correction pour tenir compte du taux d’expansion de l’Univers, les chercheurs estiment que la galaxie est née il y a environ 10,3 milliards d’années, environ 3,4 milliards d’années après le Big Bang.

Les mystères de la densité galactique

Lors de l’analyse approfondie des données recueillies par le télescope, les chercheurs ont été intrigués par la densité inhabituelle de l’objet de la lentille, JWST-ER1g. D’après la taille et la forme de l’anneau qui l’entoure, cette galaxie a une masse inhabituellement élevée pour une galaxie de cette taille, soit environ 650 milliards de soleils.

La matière noire, un type de matière énigmatique qui représente environ 85 % de toute la matière de l’Univers mais qui n’interagit pas avec la lumière, est très probablement à l’origine d’une grande partie de cette masse. Même en tenant compte de cette matière énigmatique, la galaxie semble toujours excessivement grande par rapport à sa taille.

Dans une étude publiée à l’époque, les chercheurs ont déclaré qu’« une masse supplémentaire est nécessaire pour expliquer les résultats de l’effet de lentille ». Mais ils n’ont pas précisé ce que pouvait être cette « masse supplémentaire ».

Une révélation sur la matière noire

Dans une étude récente publiée dans The Astrophysical Journal Letters, une équipe de chercheurs a proposé une explication convaincante à la densité inhabituelle de JWST-ER1g. Leur analyse suggère qu’un halo de matière noire entourant la galaxie est comprimé à mesure que la matière ordinaire s’y effondre, augmentant ainsi la densité de la matière noire.

« Nos simulations numériques montrent que ce mécanisme peut expliquer la forte densité de matière noire de JWST-ER1g », a déclaré Demao Kong, chercheur à l’université de Californie à Riverside (UCR) et auteur principal de l’étude.

Ce n’est pas le premier anneau d’Einstein détecté par le JWST. En septembre 2022, un utilisateur de Reddit a utilisé les données du télescope pour révéler un anneau lumineux parfaitement circulaire à environ 12 milliards d’années-lumière de la Terre. Le JWST a également utilisé la lentille gravitationnelle pour photographier l’étoile la plus lointaine jamais détectée et certaines des galaxies les plus anciennes de l’Univers.

Les chercheurs espèrent que le télescope révélera d’autres anneaux d’Einstein pour valider leur théorie et approfondir notre compréhension de la matière noire. Par ailleurs, une fascinante “croix d’Einstein” se révèle dans une image exceptionnelle.

Par Eric Rafidiarimanana, le 24 avril 2024