Matière noire - Univers Invisible

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Inv
V
Certains phénomènes dans l’univers ne sont explicables que si l’on
imagine une mystérieuse matière noire, indetectable par les moyens
conventionnels.
Les premiers arguments en faveur d’une masse manquante remontent aux travaux de
F. Zwicky en 1933. Alors qu’il essayait de déterminer la masse d’un amas de galaxies en
mesurant les vitesses de celles-ci, il déduisit que la masse dynamique, responsable du
mouvement des galaxies par interaction gravitationnelle, était plusieurs centaines de
fois supérieure à la masse lumineuse.
Courbes de rotation des galaxies
Total
matière noire
étoiles
gaz
Dans les années 1970, V. Rubin étudie avec une grande précision la rotation des galaxies spirales.
Ses travaux, et bien d’autres par la suite, établirent que la vitesse de rotation des étoiles au sein
des galaxies se stabilise avec la distance, alors que selon la loi de Newton et de Képler elle aurait
dû décroître.
La figure ci-contre illustre ce problème: l’attraction gravitationnelle des étoiles et du gaz est
insuffisante pour justifier la platitude observée de la courbe de rotation. Il est nécessaire
d’introduire un halo de matière invisible (noire) supplémentaire.
NGC 1090, D. W. Hogg, M. R. Blanton (SDSS), données d’après Gentile et al., MNRAS 351 (2004)
Mirages et lentilles gravitationnelles
En vertu du principe d’équivalence d’Einstein, la lumière est gravitationnellement déviée lorsqu’elle
passe au voisinage des masses. Il en résulte des effets de lentilles gravitationnelles comme les
arcs lumineux de la figure ci-contre. Lorsque l’on estime la quantité de matière nécessaire à
produire de telles déviations de la lumière, on trouve qu’elle est largement supérieure à la matière
vue dans les galaxies à l’avant plan, indiquant qu’il existe une grande quantité de matière noire au
sein des amas de galaxies.
Propriétés des amas de galaxies
Lors de la collision de deux amas, la distribution de matière ordinaire (observée par l’emission de
rayons X issu du gaz chaud, en rouge ci-contre) se distingue de celle de la distribution totale de matière
(ordinaire et noire, en bleu ci-contre) telle qu’induite par l’effet de lentille gravitationnelle. Le gaz ionisé
est fortement affecté par le choc de la collision alors que la matière noire passe à travers.
Les galaxies se forment au sein d’un gigantesque réseau cosmique de
matière noire. Image: LUTh
Bullet Cluster Ou Amas de la balle dans la constellation de la Carène.
L’Univers à grande échelle
L’existence de la matière noire et son abondance importante aux échelles cosmologiques par rapport à la
matière ordinaire sont nécessaires pour comprendre la taille des fluctuations angulaires du rayonnement
fossile, mais également la formation des galaxies, leur évolution et leur distribution. Sans la matière
noire il serait impossible de former les galaxies observées aujourd’hui dans l’âge de l’Univers.
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tions
Évidences observationnelles
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Matière noire
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UNIVERS INVISIBLE
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