Une étude de la répartition de la masse stellaire dans la Voie Lactée et une déduction de la présence de matière noire

 

Physique | Technique

 

Darius Foodeei, 2002 | Bern, BE

 

Mon travail a consisté à suggérer des méthodes pour réaffirmer la présence de matière noire dans le halo galactique de la Voie Lactée en démontrant la non-uniformité de la masse de notre galaxie par l’intermédiaire de différentes approches. Notre galaxie était précédemment considérée uniforme au niveau de sa masse. On pensait donc retrouver des courbes de rotation identiques à un système planétaire où la vitesse de rotation d’un objet diminuerait au fur et à mesure que son rayon galactocentrique deviendrait grand. À travers différentes méthodes théoriques et expérimentales, dont des observations grâce au radiotélescope de l’Université de Berne, j’ai cherché à montrer qu’en réalité il n’en était pas ainsi et que les propriétés dynamiques des objets tournant autour du centre de notre galaxie se comportaient différemment de ce que l’on pensait initialement. Ces observations ont ensuite conduit à poser l’hypothèse sur l’existence de la matière noire pour expliquer ce phénomène.

Problématique

La voie lactée est une structure qui n’est pas nécessairement très simple à étudier car nous nous situons à l’intérieur. Le but était de mesurer les vitesses orbitales d’objets à des rayons galactocentriques différents pour en tirer des courbes de rotations qui nous donneraient une idée de la structure et de la densité de la Voie Lactée. À travers ces différentes méthodes, nous avons cherché à mettre en évidence des anomalies gravitationnelles, qui pourraient être expliquées par l’existence de la matière noire.

Méthodologie

La méthodologie que j’ai décidé d’utiliser était de comparer des courbes de rotation issues de différentes approches théoriques et expérimentales sur un seul graphique. Il s’agissait ensuite de comparer les résultats de ces courbes et d’en tirer des conclusions. En ce qui concerne les trois approches théoriques, j’ai décidé de m’intéresser aux lois de Newton et de les appliquer à notre galaxie. J’ai ensuite considéré que la voie lactée possédait une masse et une densité uniformes avec des approches qui cherchaient à calculer la masse surfacique et volumique de la galaxie. Concernant l’approche expérimentale, j’ai utilisé le NSRT de Berne pour observer les émissions radio de gaz HI provenant de l’espace. En mesurant les variations de fréquences grâce au décalage Doppler, j’ai pu ensuite déterminer la vitesse des objets respectifs.

Résultats

Les courbes issues de la théorie et celles mesurées avec le NSRT sont très différentes. On a pu constater que sur la courbe issue des théories de Newton et de Kepler, les vitesses diminuent lorsque la distance augmente comme le prédit la loi de Kepler. Sur les courbes de rotations obtenues des hypothèses de masse distribué sur une surface ou sur un sphéroïde, on note une croissance constante à cause de la distribution de masse qui est considérée uniforme à travers le système. Lorsqu’on regarde la courbe mesurée avec le NSRT, on constate que les vitesses augmentent puis restent constantes au fur et à mesure que la distance s’accroît. La courbe observée est plus semblable à l’hypothèse d’une distribution de masse plutôt uniforme dans la galaxie et pas concentrée au centre de la galaxie.

Discussion

Lorsque les résultats ont été comparés avec des données du satellite Gaia, ils sont apparus très significatifs et similaires. Les courbes se sont comportées de la même manière en ce qui concerne les vitesses orbitales des objets observés. Cela nous a permis de proposer la matière noire hypothétique comme une façon d’expliquer ces anomalies. Les données obtenues auraient été encore plus précises si l’on avait utilisé un radiotélescope possédant une plus grande antenne; de même si l’on avait fait plus de deux scans dans la même direction avec notamment un rayon galactocentrique plus grand. Cela aurait permis de comparer plusieurs courbes et d’obtenir une moyenne plus juste au niveau des données.

Conclusions

D’après Kepler, afin d’avoir de tels effets en ce qui concerne les vitesses sur les étoiles à plus de 8 kpc du centre, il faudrait qu’il existe encore de la matière visible à l’extérieur de la Voie Lactée. Néanmoins, on observe aucun gros amas d’étoiles ou de gaz à proximité de la nôtre, qui auraient des effets gravitationnels significatifs sur les masses visibles aux extrémités de la Voie Lactée. D’après les résultats obtenus, cette augmentation et ces vitesses constantes de rotation des masses pourraient être expliquées par le fait qu’il existerait bel et bien de la matière invisible dans le halo à proximité de notre galaxie. Cette dernière pourrait provoquer d’énormes effets gravitationnels sur les étoiles de la Voie Lactée.

 

 

Appréciation de l’experte

Dr. Mercedes Paniccia

Passionné d’astrophysique, Darius Foodeei s’interroge sur la composition de la matière dans l’Univers en utilisant une double approche, théorique et expérimentale. Avec un radiotélescope, il mesure la courbe de rotation de la Voie lactée et la compare avec les courbes théoriques qu’il a précédemment calculées pour différentes hypothèses de distribution de masse dans notre galaxie. Il réalise ainsi une étude complète qui part des connaissances théoriques classiques et parvient à les remettre en question par des observations expérimentales.

Mention:

très bien

 

 

 

Gymnase français, Biel/Bienne
Enseignant: Philippe Drompt