La matiere noire galactique designe la composante de matiere invisible qui domine la masse des galaxies. Elle ne rayonne pas, n’absorbe pas la lumiere et n’interagit pas avec la matiere ordinaire autrement que par la gravite. Sa presence est deduite des effets gravitationnels qu’elle exerce sur la matiere visible — en particulier sur la vitesse orbitale des etoiles dans les galaxies.
La courbe de rotation
La preuve la plus directe de la matiere noire dans les galaxies vient des courbes de rotation. Si une galaxie ne contenait que la matiere visible, les etoiles eloignees du centre devraient orbiter plus lentement (comme les planetes lointaines dans le systeme solaire). Or, les observations montrent que les etoiles de la peripherie des galaxies orbitent aussi vite que celles du centre, voire plus vite. La seule explication coherente est la presence d’une grande quantite de matiere invisible — la matiere noire — etendue bien au-dela du disque visible.
Le halo de matiere noire
La matiere noire galactique ne se concentre pas dans le disque visible de la galaxie. Elle forme un vaste halo spherique qui enveloppe l’ensemble de la galaxie. Pour la Voie Lactee, ce halo s’etend probablement jusqu’a plusieurs centaines de milliers d’annees-lumiere et represente environ 85% de la masse totale de la galaxie — bien au-dela de ce que representent les etoiles, le gaz et la poussiere combines.
Nature inconnue
Malgre des decennies de recherche, la nature de la matiere noire reste un mystere. Les candidats theoriques les plus etudies incluent des particules massives a interaction faible (WIMPs), des axions, des neutrinos steriles ou des trous noirs primordiaux. Des experiences de detection directe et indirecte cherchent a identifier ces particules depuis de nombreuses annees, sans succes confirme a ce jour.
Exemple concret
La galaxie naine spheroidale Draco, satellite de la Voie Lactee, est l’un des objets a la plus forte proportion de matiere noire connus. Sa masse dynamique (deduite des vitesses de ses etoiles) est environ 250 fois superieure a la masse de ses etoiles visibles. C’est un laboratoire ideal pour etudier les proprietes de la matiere noire dans un milieu peu complexe.
Questions frequentes
La matiere noire galactique est-elle la meme que la matiere noire cosmologique ?
Oui. La matiere noire observee a l’echelle des galaxies (via les courbes de rotation) et a l’echelle cosmologique (via le fond diffus et la structure a grande echelle) est la meme composante. Les deux lignes de preuve convergent vers les memes proprietes et la meme abondance.
Pourquoi ne pas modifier la gravite plutot que d’invoquer la matiere noire ?
Des theories de gravite modifiee comme MOND (Modified Newtonian Dynamics) tentent d’expliquer les courbes de rotation sans matiere noire. Elles fonctionnent raisonnablement pour les galaxies isolees, mais echouent a expliquer le comportement des amas de galaxies et les observations cosmologiques. La matiere noire reste l’hypothese la mieux supportee par l’ensemble des observations.
La matiere noire peut-elle etre des trous noirs ordinaires ?
Des trous noirs de masse stellaire ordinaires ne peuvent pas constituer la totalite de la matiere noire — les observations des effets de microlentille gravitationnelle imposent des contraintes strictes sur leur abondance. Des trous noirs primordiaux (formes dans le jeune univers) restent un candidat theorique partiel, mais des contraintes observationnelles limitent egalement leur contribution possible.