La Voie lactée est entourée de dizaines de galaxies naines, qui sont considérées comme des reliques des premières galaxies de l'univers. Parmi les plus primitifs de ces fossiles galactiques se trouve Tucana II, une galaxie naine ultra-mince à environ 163 000 années-lumière de la Terre.
Les astronomes ont pour la première fois découvert un halo étendu de matière noire dans cette petite et très ancienne galaxie naine. Selon les auteurs, cela suggère que les premières galaxies de l'univers étaient plus massives qu'on ne le pensait auparavant.
On pense que les étoiles à faible teneur en métal se sont formées très tôt, alors que l'univers n'avait pas encore produit d'éléments lourds. Tucana II est l'une des galaxies les plus chimiquement primitives connues, à en juger par la teneur en métal de ses étoiles.
Des astrophysiciens américains du Massachusetts Institute of Technology (MIT), en collaboration avec des collègues de Grande-Bretagne et d'Australie, ont découvert plusieurs étoiles au bord de Toucan II qui sont extrêmement éloignées du centre, et qui, néanmoins, se trouvent dans la zone d'attraction gravitationnelle de la minuscule galaxie. Selon les chercheurs, avec cette configuration d'étoiles, Tucana II devrait avoir un halo de matière noire, trois à cinq fois plus massif qu'on ne le supposait auparavant.
La matière noire, dont la nature est encore inconnue, les scientifiques estiment qu'elle représente plus de 85% de l'univers. On pense que des concentrations locales de matière noire maintiennent les galaxies ensemble.
Les chercheurs ont également déterminé que les étoiles à la périphérie de Tucana II sont plus primitives que les étoiles de son noyau. C'est la première preuve d'un déséquilibre stellaire dans les galaxies naines. Les auteurs suggèrent qu'il s'agit du résultat d'une des premières fusions dans l'univers entre deux galaxies naissantes, dont l'une était moins primitive que l'autre.
"Nous assistons peut-être à l'un des premiers signes de cannibalisme galactique", déclare Anna Froebel, auteure de l'étude et professeure agrégée de physique au MIT. "La galaxie a peut-être absorbé l'un de ses voisins plus petits et plus primitifs, qui a ensuite dispersé ses étoiles autour de Tucan II."
Pour détecter des étoiles plus anciennes dans la galaxie naine, les auteurs ont utilisé le télescope optique au sol SkyMapper, situé en Australie, qui permet de capturer de larges panoramas de l'hémisphère sud du ciel étoilé.
Pour détecter des étoiles plus primitives et pauvres en métaux en dehors du noyau galactique, les chercheurs ont d'abord appliqué un filtre spécial, puis ont traité les données filtrées avec un algorithme spécial. En conséquence, ils ont identifié des étoiles plus anciennes, à la fois les étoiles connues un peu plus tôt au centre et neuf nouvelles situées à la périphérie de Tucan II.
"Nous pensions que les premières galaxies étaient les galaxies les plus petites et les plus sombres. Mais en fait, ils pourraient être plusieurs fois plus nombreux que nous ne le pensions. Cela signifie également que les premières galaxies se sont formées dans des halos de matière noire beaucoup plus grands qu'on ne le pensait auparavant", note Froebel.
Les auteurs suggèrent que d'autres galaxies reliques anciennes pourraient avoir des halos de matière noire de la même longueur.
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