Un trio de galaxies qui ne devrait pas exister
La matière noire est censée être l'échafaudage invisible de l'Univers. Sans elle, expliquent la plupart des astrophysiciens, les galaxies n'auraient pas pu rassembler assez de gaz pour former des étoiles, et celles qui tournent trop vite se disperseraient. Or, dans une région du ciel autour de la galaxie elliptique NGC 1052, trois petites galaxies semblent s'en passer complètement.
Selon Wired, qui relaie le dossier cette semaine, la matière noire de ces galaxies aurait été éjectée lors d'une collision. Paradoxalement, son absence constituerait l'un des meilleurs indices en faveur de l'existence même de cette substance insaisissable. Le raisonnement est plus subtil qu'il n'y paraît, et il s'appuie sur une décennie de travaux.
Dix ans d'enquête, de DF2 à DF9
L'histoire commence en 2018 avec NGC 1052-DF2, une galaxie dite « ultra-diffuse », c'est-à-dire très étendue et très pâle. Selon National Geographic, il s'agissait de deux galaxies faiblement lumineuses et gonflées qui paraissaient entièrement dépourvues de matière noire, un mystère qui intrigue les astronomes depuis 2018. Un an plus tard, une équipe dirigée par Pieter van Dokkum, de l'Université Yale, a repéré une jumelle, NGC 1052-DF4, également pauvre en matière noire, comme le rapporte l'Observatoire Keck.
Les résultats ont d'abord essuyé des critiques, notamment sur la distance de ces objets : si elles étaient plus proches qu'on le pensait, ces galaxies redeviendraient ordinaires. Selon l'article de Wikipédia consacré à DF2, de nouvelles observations du télescope spatial Hubble ont toutefois confirmé en juin 2021 que DF2 est bel et bien déficiente en matière noire.
Puis le dossier a changé d'échelle. Selon l'étude de 2026 menée par Michael Keim et Pieter van Dokkum, DF2 et DF4 font partie d'un alignement statistiquement significatif d'une douzaine de galaxies faibles dans ce champ du ciel. Les auteurs en déduisent que ces galaxies ont probablement une origine commune.
Une collision en miniature, à l'image de l'amas du Boulet
L'hypothèse avancée, proposée dès 2019 par l'astrophysicien Joseph Silk, est celle d'un « Bullet Cluster » en miniature. Le véritable amas du Boulet, situé à environ 3,8 milliards d'années-lumière, est le cas d'école de deux amas de galaxies qui se sont percutés. Selon Quanta Magazine, sa distribution de masse n'a de sens que si la matière noire et la matière ordinaire ont été séparées lors de la collision.
Le scénario transposé aux galaxies naines se résume ainsi : deux galaxies riches en gaz se heurtent à très grande vitesse. Le gaz et la poussière, soumis à la pression et aux chocs, s'agglutinent et ralentissent. La matière noire, qui n'interagit pratiquement que par la gravité, poursuit sa route comme un spectre traversant un mur, image employée par Quanta Magazine. Des fragments du nuage de gaz ainsi comprimé donnent ensuite naissance à de nouvelles galaxies, sans halo de matière noire.
Van Dokkum a résumé la mécanique à National Geographic : pendant la collision, le gaz est arraché et choqué, ce qui crée un environnement chaotique sans matière noire pour le retenir, et des parties du nuage peuvent ensuite se détacher pour former leurs propres petites galaxies.
Ce scénario explique aussi une particularité intrigante : DF2 et DF4 abritent des amas globulaires anormalement lumineux, signe d'une formation d'étoiles extrême dans un milieu comprimé.
DF9, le test décisif
La force de cette hypothèse tient à une prédiction vérifiable : si toute la traînée de galaxies est née du même gaz dépouillé de matière noire, les autres membres de l'alignement devraient eux aussi en manquer. Les auteurs de l'étude de 2026 reconnaissaient que cette prédiction, la plus forte du scénario, restait à tester.
Une étude antérieure avait déjà montré que cinq des sept galaxies mesurées suivent la tendance cinématique prédite par le scénario, avec seulement 2 % de chances que ce soit le fruit du hasard. Restait à peser une troisième galaxie. C'est chose faite avec DF9. Selon l'article publié dans l'Astrophysical Journal, les chercheurs ont mesuré sa masse dynamique à partir du mouvement de ses étoiles et constaté qu'elle manque elle aussi de matière noire.
Selon Daily.dev, qui résume la discussion autour de l'article de Quanta, DF9 contiendrait environ 100 millions de masses solaires, une valeur compatible avec la seule matière ordinaire; avec de la matière noire, elle serait environ 100 fois plus lourde. Pour DF2, la masse de matière noire serait au moins 400 fois inférieure à ce que prédit la théorie, d'après la même synthèse. Dans l'article, les auteurs écrivent que, si DF2, DF4 et DF9 étaient les seules galaxies connues, rien ne laisserait penser qu'on ait besoin de matière noire, comme le relate Live Science.
Pourquoi cela fragilise la gravité modifiée
Le point le plus débattu concerne MOND (dynamique newtonienne modifiée), une famille de théories qui cherche à expliquer le mouvement des galaxies en modifiant la loi de la gravité, plutôt qu'en invoquant une matière invisible. Dans ce cadre, l'écart entre masse visible et masse « dynamique » devrait apparaître dans toutes les galaxies, à ces échelles surtout.
Or, ici, la masse déduite du mouvement des étoiles correspond à celle que révèle la lumière. C'est précisément ce qu'on attend si la matière noire est une substance à part, qui peut être séparée de la matière ordinaire, et non un artefact de la gravité. L'équipe de Yale souligne d'ailleurs que cette étude conforte l'idée, présente dès le travail initial sur DF2 et DF4, que la matière noire est un matériau distinct.
L'ironie, c'est que l'absence de matière noire devient une preuve de son existence : si l'on peut en priver une galaxie, c'est que quelque chose y était attaché, ou ne l'était pas.
Un débat loin d'être clos
Les partisans de MOND ne baissent pas les bbras. L'astronome Stacy McGaugh, défenseur de cette approche, reste sceptique sur l'origine par collision, comme le rapporte Daily.dev. Sur son blogue Triton Station, il estime n'avoir évidemment pas pu observer le phénomène pendant plusieurs milliards d'années, mais juge l'hypothèse de collision pas plus plausible que d'autres scénarios, puisque de grosses galaxies se trouvent à proximité. Des travaux plus anciens soutenaient déjà que DF2 et DF4 pourraient être compatibles avec MOND si l'on tient compte de l'influence de la grosse galaxie voisine NGC 1052.
D'autres explications existent aussi. Un chercheur cité par Quanta Magazine suggère que le trio aurait traversé un grand groupe de galaxies massives, qui l'aurait dépouillé de sa matière noire par effet de marée. Des simulations explorent en parallèle des matières noires capables de s'auto-interagir, ce qui modifierait le scénario de la collision.
Ce que les astronomes cherchent maintenant
La pièce manquante est le gaz laissé derrière par la collision. Selon Live Science, retrouver ce gaz résiduel fournirait la « preuve irréfutable » de l'origine collisionnelle de cette chaîne de galaxies. Selon l'Université Yale, l'équipe mène des observations de suivi avec d'autres télescopes, dont le nouveau télescope Mothra, cofondé par van Dokkum et l'astronome Roberto Abraham, de l'Université de Toronto, pour traquer ce gaz.
Si la piste se confirme, ces galaxies « fantômes » offriront un laboratoire rare : elles testent la formation des galaxies par le haut, dans un milieu comprimé et sans matière noire, et pourraient aider à contraindre la façon dont les particules de matière noire interagissent entre elles. Faute de gaz détecté, le débat entre matière noire et gravité modifiée continuera de se jouer à coups de mesures toujours plus fines, sur des objets parmi les plus pâles du ciel.