III. Découverte de la masse cachée

1. Courbes de rotation des galaxies spirales:

i. Principe:

Il est possible en connaissant la vitesse de rotation d'un astre d'une galaxie spirale⁽⁶⁾ de déduire la masse totale autour de laquelle il gravite. Ainsi, on fabrique des courbes de rotation : vitesse des astres en fonction de la distance au centre. On mesure la vitesse (radiale) des étoiles de la galaxies (en fait surtout celle du gaz présent encore plus loin du centre) et on en déduit la masse intérieure. De cette manière, on peut observer la masse totale, donc, y compris la masse cachée éventuelle.

ii. Confrontation des 2 méthodes présentées:

On confronte ensuite ces mesures à un modèle issu des mesures de la masse "lumineuse" où la masse apparaît concentrée au centre de la galaxie. En théorie, il devrait y avoir une décroissance "képlérienne" (en 1/r^1/2).

Or, au contraire, la vitesse mesurée tend vers une constante (environ 200 km/s). Donc le modèle théorique est faux. La masse totale ne peut pas être constituée uniquement de masse lumineuse. La plus importante partie de la masse semble ne pas rayonner.

2. La masse cachée:

i. La masse cachée locale⁽⁷⁾ : mise en évidence

La masse lumineuse ne représente que 10% de la masse dynamique dans les galaxies spirales (constat généralisé plus ou moins facilement aux autres galaxies). Il semble donc qu'apparaît tout autour des galaxies un vaste halo de matière invisible. On l'appelle masse cachée, masse manquante, matière noire, matière sombre... La masse cachée locale est la masse cachée se trouvant à l'intérieur des amas de galaxie. C'est celle qu'on observe à partir des courbes de rotation des galaxies.

Dans les amas, là encore, la masse "lumineuse" (celle des galaxies + celle du gaz hydrogène entre ces galaxies) sous-estime considérablement la masse "dynamique". Le désaccord augmente même avec la taille du système étudié : 99% de la masse serait invisible dans ces structures.

La masse cachée locale se trouve, par définition, à l'intérieur des galaxies et des amas de galaxies. À l'intérieur d'une galaxie, les étoiles occupent les régions centrales et la masse cachée, elle, se situe plutôt autour⁽⁸⁾ des ensembles sous forme de halos de manière moins concentrée et de manière plutôt diffuse (d'après les courbes de rotation).

ii. La masse cachée globale⁽⁹⁾ : hypothétique

Il se peut en fait qu'il y ait de la masse cachée entre les amas de galaxies. Cette masse cachée, appelée masse cachée globale, n'a pas été mise en évidence. Elle n'est qu'hypothétique et ne fait pas l'unanimité. Elle a été envisagée à la suite de la découverte de la masse cachée locale pour éventuellement fermer l'univers.

En fait, si on a mis en évidence la masse cachée de cette manière, on ne sait en revanche pas grand chose de cette matière ni la quantité exacte. Cette masse, non prévue et inconnue soulève de nombreux problèmes. Certain, non satisfait par cette matière ont voulu trouver d'autres explications à la divergence de ces méthodes (remise en cause des lois de Newton, ...). Or, en fait, on a un autre moyen totalement indépendant de mettre en évidence la masse cachée : les lentilles-gravitationnelles.

II. Mesure de la "masse dynamique"        IV. L'optique gravitationnelle