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La matière noire

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La matière noire dans les amas de galaxies

Les mouvements des galaxies dans les amas

Tout d'abord, au sein de chaque amas, les galaxies se déplacent (leur mouvement est trop lent à l'échelle humaine pour être vu directement, mais l'analyse de la lumière émise permet de mesurer très précisément la vitesse). Leur mouvement est déterminé par les forces de gravitation auxquelles elles sont soumises, et donc à la masse environnante (nous reviendrons en détail dans la page consacrée aux galaxies sur la relation entre le mouvement et la distribution de masse). L'analyse des vitesses permet donc d'obtenir des renseignements sur la masse des amas. Ceci a conduit Zwicky, dès 1933, à mettre en évidence un problème dans l'amas de Coma, la masse estimée de cette façon étant bien supérieure à la somme des masses des galaxies qu'on y observe. Notons qu'à l'époque, le concept de matière noire n'était absolument pas connu, celui-ci ne fera son apparition que dans les années 1970.

Zwicky.

On peut envisager plusieurs causes à ce problème :

  1. Les mesures sont fausses ou mal interprétées,
  2. Il y a de la masse sous une forme peu lumineuse, c'est la Matière Noire,
  3. Les formules utilisées sont fausses, et la théorie qui nous les donne n'est pas valide...

Depuis, les observations de Zwicky ont été largement confirmées et le même problème a été mis en évidence dans la plupart des amas !! La première hypothèse peut donc être écartée.

Allons un peu plus loin en examinant la figure ci-dessous qui montre l'amas de Coma d'une façon un peu inhabituelle : chaque point représente une Galaxie, la pointe du bas représente la position de notre galaxie, et on place les galaxies en fonction de leur décalage vers le rouge, et donc de leur vitesse d'éloignement (plus elles s'éloignent vite, plus on les place loin) et de leur position dans le ciel (la position indiquée en heures, comme le font les astronomes). La loi de Hubble dit que pour les objets pas trop éloignés (c'est le cas ici), la distance est proportionnelle à l'éloignement, et cette représentation semble donner une bonne idée de la répartition des galaxies observées. En fait pas du tout ! En effet, les galaxies contenues dans un amas ont des vitesses propres qui sont comparables à la vitesse que donne la loi de Hubble. Les galaxies dont la vitesse propre se dirige vers nous auront donc un décalage vers le rouge plus petit que celui donné par la loi de Hubble, et seront placés "trop" près de nous sur le diagramme. De la même façon, ceux dont la vitesse propre est dirigée vers l'extérieur seront placées "trop" loin. Ceci explique la forme allongée qu'on voit très bien sur ce diagramme : il s'agit des galaxies de l'amas de Coma, qui sont très bien localisées dans l'espace réel, mais qui forment une structure allongée dans ce diagramme (les anglo-saxons les appellent parfois "fingers of God", car ils pointent toujours vers nous ; je trouve ça assez idiot mais bon, il n'est pas forcément mauvais de connaître ces termes quand même...)

Distribution des vitesses dans l'amas de Coma. Voir le texte pour l'explication de ce que ça représente.

Cette longue discussion de cette figure est juste destinée à dire que la taille de cette structure dans la direction de l'axe des vitesses est de l'ordre de 5000 km/s. C'est la dispersion de vitesse de l'amas, qui est reliée à sa masse et qui permet de l'estimer.

Les autres types d'observations que nous avons mentionnées plus haut nous amènent aux mêmes conclusions, continuons à les passer en revue.



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