MASSE CACHÉE ou MASSE MANQUANTE ou MATIÈRE NOIRE

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Les galaxies spirales

L'argument le plus convaincant en faveur de l'existence d'une masse cachée provient de l'analyse dynamique des galaxies spirales. Celles-ci apparaissent sous forme de disques lumineux réunissant des dizaines de milliards d'étoiles qui y dessinent des bras spiraux (qui donnent leurs noms à ces systèmes). Elles sont également remplies de gaz, principalement de l'hydrogène, que l'on observe par son émission radio à la longueur d'onde de 21 centimètres. Les étoiles et le gaz du disque tournent autour du centre, un peu comme les planètes autour du Soleil. C'est l'attraction gravitationnelle non pas d'un objet central, mais de la galaxie dans son ensemble qui s'exerce sur chacune des étoiles ou des atomes d'hydrogène. Comme on pourrait le faire dans le système solaire, l'analyse de ces mouvements de rotation permet d'estimer la masse contenue dans la galaxie, somme des masses de tous les objets – étoiles, gaz, ou autre chose – qui la constituent.

Pour effectuer cette analyse, les astronomes traduisent leurs mesures sous la forme d'une courbe de rotation qui exprime comment la vitesse de rotation V(r) varie avec r, la distance au centre de la galaxie. L'application simple des lois de la dynamique newtonienne conduit à prédire que cette vitesse varie comme (G.M(r)/r)1/2, où G est la constante de la gravitation et M la masse de la galaxie contenue à l'intérieur du rayon r. D'après les masses des étoiles et du gaz observés, la vitesse de rotation attendue, s'il n'existe aucun autre objet massif dans la galaxie, devrait décroître en fonction de la distance, selon la même loi – dite képlérienne – que dans le système solaire.

Or il n'en est rien : les vitesses mesurées ne diminuent pas avec la distance ; elles restent constantes, donnant une courbe de rotation « plate », ou même diminuent. Cela reste vrai qu'il s'agisse des vitesses des étoiles (observées par leur rayonnement visible) ou de celles des atomes de gaz (observés par leur émission radio). Ces dernières sont cependant plus probantes, car le gaz s'étend beaucoup plus loin du centre de la galaxie qu [...]


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Pour citer l’article

Marc LACHIÈZE-REY, « MASSE CACHÉE ou MASSE MANQUANTE ou MATIÈRE NOIRE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 09 octobre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/masse-cachee-masse-manquante-matiere-noire/