Couples et groupes de galaxies
Les mesures de masse cachée par la courbe de rotation
ou l'agitation des étoiles concernent le voisinage immédiat des galaxies. La masse et la taille
des halos que l'on en déduit ne constituent que des estimations minimales. Pour déterminer ces
paramètres plus précisément, il faut encore s'éloigner des galaxies et étudier leur influence
au-delà du voisinage immédiat.
Pour cela, on peut par exemple observer un couple de galaxies en orbite l'une autour de l'autre.
Ce genre d'étude est très difficile car les mouvements relatifs ne sont pas mesurables, à moins
d'observer les galaxies sur des milliards d'années. Il faut pour cette raison avoir recours
à des arguments statistiques, ce qui rend les résultats moins fiables. Des observations ont
néanmoins été tentées, qui ont montré que la taille d'un halo typique était environ 10 fois
celle de la galaxie, et que la masse était également 10 fois supérieure. D'après ce résultat,
la densité de matière de l'Univers passe donc à 4 pour cent
de la densité critique, mais l'Univers reste encore largement ouvert.
Plutôt que des couples, on peut également considérer des groupes
de galaxies. Dans ce cas, on mesure la vitesse, donc l'agitation, des galaxies à l'intérieur
du groupe. Ceci permet d'estimer l'intensité de la force de gravité du groupe, donc sa masse.
Ces calculs donnent des résultats similaires à ceux obtenus à partir des couples. Ils confirment
qu'un halo typique possède un diamètre de l'ordre de 600 000 années-lumière, à comparer avec
la taille d'une galaxie comme la nôtre, environ 80 000 années-lumière. Ils confirment également
que les halos ont une masse à peu près 10 fois plus grande que la partie visible.
Amas de galaxies
Après les groupes, nous pouvons passer à des ensembles encore plus gigantesques, les amas
de galaxies . C'est d'ailleurs en étudiant des amas que l'astronome Fritz Zwicky fut le
premier, en 1937, à entrevoir le fait que la masse de l'Univers puisse être dominée par une
composante invisible. Comme dans le cas des groupes, on mesure la vitesse donc l'agitation des
galaxies à l'intérieur de l'amas, et on en déduit l'intensité de la force de gravité qui retient
l'ensemble et donc la masse totale.
Ces observations ont montré que la masse totale d'un amas est bien plus grande que la masse de son contenu visible, mais également plus grande que la masse calculée en tenant compte des halos massifs invisibles. Les nombreux travaux menés sur le sujet montrent qu'en moyenne la masse totale d'un amas est environ trois fois plus grande que la somme des masses de ses constituants, galaxies et halos invisibles inclus, donc à peu près 30 fois plus grande que la masse de ses constituants visibles.
On peut en déduire que la masse cachée est constituée d'au moins deux composantes, l'une qui constitue les énormes halos entourant les galaxies, l'autre qui se trouve disséminée dans l'espace intergalactique à l'intérieur des amas. La matière ordinaire ne représente plus que quelques pour cent du total. Le paramètre de densité est quant à lui revu à la hausse et atteint maintenant une valeur autour de 10 pour cent de la densité critique.
Remarquons encore que ces résultats ont été confirmés par une autre méthode, s'appuyant sur
l'effet de lentille gravitationnelle provoqué par certains
amas. En effet, la déviation des rayons lumineux par cet effet dépend de la masse de l'amas
considéré, mais pas de la nature de cette masse. L'analyse des images nous permet donc de mesurer
la masse réelle de l'amas et même sa distribution dans l'ensemble. Cette méthode est relativement
nouvelle, mais les résultats confirment le facteur trois entre la masse totale d'un amas et
la somme des masses de ses constituants, galaxies et halos inclus.
Résultats récents
Tout récemment, en 2003, l'existence de la masse cachée a été confirmée par le satellite WMAP.
Ce dernier avait pour mission de mesures les faibles fluctuations du rayonnement
fossile, une relique du Big Bang. L'analyse des résultats a montré que la densité
de l'Univers est en fait égale à la densité critique et que l'Univers est donc plat
- du moins dans la limite d'incertitude des mesures. La matière ordinaire
dont nous avons l'habitude ne contribue que 4 pour cent de cette valeur. Une matière que l'on
qualifie d'exotique représente 23 pour cent de la densité
et le reste, 73 pour cent, n'est pas composé de matière mais de ce que l'on a baptisé de l'énergie
sombre.
