Une galaxie est un ensemble de centaines de milliards d’étoiles liées par la gravité. Dans le système solaire, plus une planète est loin du Soleil, plus elle tourne lentement autour de lui. On s’attend donc au même comportement de la part des étoiles qui tournent autour du centre de leur galaxie. On peut tracer la courbe de vitesses de rotation des étoiles en fonction de la distance de l’étoile au centre : la courbe attendue s’il n’y avait que les étoiles et le gaz serait une augmentation jusqu’à une dizaine de milliers d’année-lumières, puis une décroissance en s’éloignant du centre.

Cependant cet effet n’est pas observé quand les scientifiques mesurent la vitesse des étoiles ! Nous constatons que les étoiles tournent beaucoup plus vite que prévu loin du centre, au regard de la masse calculée des étoiles et du gaz contenus dans la galaxie. La courbe observée de vitesses de rotation des étoiles est grossièrement plate après l’augmentation initiale ! Il faut ainsi, pour expliquer ce phénomène, ajouter de la masse, beaucoup de masse, environ 5 à 10 fois celle visible, sous forme de matière noire. La quantité de matière noire contenue dans les galaxies influence donc fortement la vitesse de rotation des étoiles. Grâce à cet applet, à vous de trouver la fraction de matière noire qui permet d’expliquer les vitesses observées !

Un amas de galaxies est un ensemble de galaxies qui contient également beaucoup de gaz. La masse des étoiles et de ce gaz ne suffit pas à expliquer les trajectoires des galaxies dans l’amas. Comme pour expliquer la vitesse des étoiles dans les galaxies, on a besoin de la matière noire dans les amas.

Ce n’est pas la seule indication de la présence de la matière noire. Le gaz entre les galaxies est très chaud, avec une température qui peut atteindre plusieurs millions de degrés. On ne peut pas expliquer la densité et la température de ce gaz si l’amas ne baigne pas dans beaucoup plus de matière que la matière visible.

Ce n’est pas fini ! Les astronomes observent d’étranges structures autour des amas de galaxies : des arcs, des arclets. Ces étranges figures sont en fait des effets de lentille gravitationnelle sur des galaxies bien plus lointaines que l’amas. La lumière est déviée par la masse et l’effet dépend de la quantité et de la répartition de celle-ci. Une fois de plus, on peut expliquer les observations en ajoutant (simplement ?) une grande quantité de matière noire qui s’étend bien au-delà des galaxies.

À toi de jouer !

Retrouve la fraction de matière noire nécessaire pour être en accord avec les observations.

Matière normale (Ω_b) 0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.175 0.200 0.225 0.250 0.275 0.300 0.325 0.350 0.375 0.400 0.425 0.450 0.475 0.500 0.525 0.550 0.575 0.600 0.625 0.650 0.675 0.700 0.725 0.750 0.775 0.800 0.825 0.850 0.875 0.900 0.925 0.950 0.975 1.000

Matière noire (Ω_c) 0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.175 0.200 0.225 0.250 0.275 0.300 0.325 0.350 0.375 0.400 0.425 0.450 0.475 0.500 0.525 0.550 0.575 0.600 0.625 0.650 0.675 0.700 0.725 0.750 0.775 0.800 0.825 0.850 0.875 0.900 0.925 0.950 0.975 1.000

Energie noire (Ω_Λ) 0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.175 0.200 0.225 0.250 0.275 0.300 0.325 0.350 0.375 0.400 0.425 0.450 0.475 0.500 0.525 0.550 0.575 0.600 0.625 0.650 0.675 0.700 0.725 0.750 0.775 0.800 0.825 0.850 0.875 0.900 0.925 0.950 0.975 1.000

Pour en savoir plus :

La matière noire est l’un des ingrédients essentiels du « modèle de concordance » ou du « modèle standard de la cosmologie » qui propose une histoire de notre Univers en s’appuyant sur nos connaissances actuelles en physique théorique, physique des particules, physique nucléaire et astrophysique.