Notes sur le thème de découvrir l'Univers: la masse cachée - les galaxies, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez9 January 2014

Notes sur le thème de découvrir l'Univers: la masse cachée - les galaxies, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur le thème de découvrir l'Univers: la masse cachée - les galaxies. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Couples et groupes de galaxies, Amas de galaxies, Résultats récents.
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Couples et groupes de galaxies

Les mesures de masse cachée par la courbe de rotation ou l'agitation des étoiles concernent le

voisinage immédiat des galaxies. La masse et la taille des halos que l'on en déduit ne

constituent que des estimations minimales. Pour déterminer ces paramètres plus précisément,

il faut encore s'éloigner des galaxies et étudier leur influence au-delà du voisinage immédiat.

Pour cela, on peut par exemple observer un couple de galaxies en orbite l'une autour de l'autre.

Ce genre d'étude est très difficile car les mouvements relatifs ne sont pas mesurables, à moins

d'observer les galaxies sur des milliards d'années. Il faut pour cette raison avoir recours à des

arguments statistiques, ce qui rend les résultats moins fiables. Des observations ont néanmoins

été tentées, qui ont montré que la taille d'un halo typique était environ 10 fois celle de la

galaxie, et que la masse était également 10 fois supérieure. D'après ce résultat, la densité de

matière de l'Univers passe donc à 4 pour cent de la densité critique, mais l'Univers reste encore

largement ouvert.

Plutôt que des couples, on peut également considérer des groupes de galaxies. Dans ce cas, on

mesure la vitesse, donc l'agitation, des galaxies à l'intérieur du groupe. Ceci permet d'estimer

l'intensité de la force de gravité du groupe, donc sa masse. Ces calculs donnent des résultats

similaires à ceux obtenus à partir des couples. Ils confirment qu'un halo typique possède un

diamètre de l'ordre de 600 000 années-lumière, à comparer avec la taille d'une galaxie comme

la nôtre, environ 80 000 années-lumière. Ils confirment également que les halos ont une masse

à peu près 10 fois plus grande que la partie visible.

Amas de galaxies

Après les groupes, nous pouvons passer à des ensembles encore plus gigantesques, les amas

de galaxies . C'est d'ailleurs en étudiant des amas que l'astronome Fritz Zwicky fut le premier,

en 1937, à entrevoir le fait que la masse de l'Univers puisse être dominée par une composante

invisible. Comme dans le cas des groupes, on mesure la vitesse donc l'agitation des galaxies à

l'intérieur de l'amas, et on en déduit l'intensité de la force de gravité qui retient l'ensemble et

donc la masse totale.

Ces observations ont montré que la masse totale d'un amas est bien plus grande que la masse

de son contenu visible, mais également plus grande que la masse calculée en tenant compte

des halos massifs invisibles. Les nombreux travaux menés sur le sujet montrent qu'en moyenne

la masse totale d'un amas est environ trois fois plus grande que la somme des masses de ses

constituants, galaxies et halos invisibles inclus, donc à peu près 30 fois plus grande que la

masse de ses constituants visibles.

On peut en déduire que la masse cachée est constituée d'au moins deux composantes, l'une qui

constitue les énormes halos entourant les galaxies, l'autre qui se trouve disséminée dans

l'espace intergalactique à l'intérieur des amas. La matière ordinaire ne représente plus que

quelques pour cent du total. Le paramètre de densité est quant à lui revu à la hausse et atteint

maintenant une valeur autour de 10 pour cent de la densité critique.

Remarquons encore que ces résultats ont été confirmés par une autre méthode, s'appuyant sur

l'effet de lentille gravitationnelle provoqué par certains amas. En effet, la déviation des rayons

lumineux par cet effet dépend de la masse de l'amas considéré, mais pas de la nature de cette

masse. L'analyse des images nous permet donc de mesurer la masse réelle de l'amas et même

sa distribution dans l'ensemble. Cette méthode est relativement nouvelle, mais les résultats

confirment le facteur trois entre la masse totale d'un amas et la somme des masses de ses

constituants, galaxies et halos inclus.

Résultats récents

Tout récemment, en 2003, l'existence de la masse cachée a été confirmée par le satellite WMAP.

Ce dernier avait pour mission de mesures les faibles fluctuations du rayonnement fossile, une

relique du Big Bang. L'analyse des résultats a montré que la densité de l'Univers est en fait égale

à la densité critique et que l'Univers est donc plat- du moins dans la limite d'incertitude des

mesures. La matière ordinaire dont nous avons l'habitude ne contribue que 4 pour cent de cette

valeur. Une matière que l'on qualifie d'exotique représente 23 pour cent de la densité et le

reste, 73 pour cent, n'est pas composé de matière mais de ce que l'on a baptisé de l'énergie

sombre.

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