distribution de masse

Un million d'orbites, c'est la même partition. Neuf halos de matière noire, neuf orchestres sans chef. Tous les musiciens jouent les mêmes notes, mais dans chaque salle, la musique sonne différemment : parfois harmonieuse, parfois désynchronisée.

Le manège tourne : plus on s'assoit loin du centre, plus on est emporté vite. Pour les galaxies, on a longtemps pensé la même chose — les étoiles des confins devraient tourner plus lentement que celles proches du centre. Mais dès les années 1970, on a découvert que dans de nombreuses galaxies spirales, la vitesse des étoiles ne chute presque pas avec la distance au centre.

Une galaxie ressemble à une ville : au centre, des lumières vives et une densité de bâtiments élevée, tandis qu'en périphérie, les lumières se raréfient et laissent place au vide. Mais si l'on observe la rotation du gaz dans le disque galactique, on constate que sa vitesse ne chute presque pas en périphérie.

L'Univers primordial n'est pas simplement un bouillon chaud de particules. Dans les premières fractions de seconde, la symétrie miroir aurait pu être brisée : le monde et son reflet ne seraient plus tout à fait identiques.

Dans la galaxie NGC 1052 DF2, les étoiles se déplacent à seulement 8 kilomètres par seconde — comme si aucune masse invisible n'était présente. Pour comparaison, dans notre Voie lactée, les étoiles périphériques atteignent 200 kilomètres par seconde, retenues par un halo massif de matière noire.

Deux balles lancées depuis des hauteurs différentes tombent au sol avec des accélérations différentes. Dans l'espace, tout est plus complexe : même le vide fait bouger les corps différemment.

La matière noire — la fondation invisible de l'architecture cosmique — représente 85% de toute la masse, mais échappe à toute observation directe.

Au cœur d'une minuscule galaxie se trouve un amas dense d'étoiles et de matière noire. Cet amas, appelé soliton, n'est pas figé : il tremble et oscille, telle une gelée sur une assiette.

Au centre de la Voie lactée, comme une poupée russe dans une autre, se cache un trou noir supermassif, entouré d'un essaim d'étoiles et d'une coquille invisible de matière noire. Cette coquille, ou « pic », devrait en théorie être très dense près de l'horizon.

Photographier les abords d'un trou noir rappelle la photo d'un jet d'eau : une pose courte fige les gouttes, une pose longue les transforme en traînées floues. La lumière du gaz incandescent qui tourbillonne près du trou nous parvient par des chemins différents.

Lorsque la lumière passe à proximité d'un corps massif comme un trou noir, sa trajectoire se courbe — un phénomène prédit par Einstein.

Un caillou tombe dans un étang — et des cercles réguliers se propagent à la surface de l'eau. Mais le fond de l'étang est jonché de petits morceaux de verre invisibles : chacun retarde légèrement l'onde, la disperse par endroits, ou en modifie le pas.

Deux amas de galaxies sont entrés en collision, comme deux nuées d'abeilles qui se traversent mutuellement. L'un d'eux est la célèbre « Balle ».

Jusqu'ici, les astronomes calculaient la masse des galaxies comme s'il s'agissait de sphères parfaites. Or, une galaxie est une crêpe aplatie. Le nouveau modèle « Perdu et retrouvé » tient compte de la forme réelle : il additionne l'attraction de toutes les parties du disque, et pas seulement du renflement central.

Autour de chaque galaxie se trouve une enveloppe invisible de gaz chaud, comme la vapeur au-dessus d'une casserole d'eau bouillante. Ce gaz émet très peu de rayons X, ce qui le rend très difficile à mesurer. Pourtant, c'est en lui que se trouve la mémoire des explosions d'étoiles et de la croissance de la galaxie.

Une galaxie ressemble à un manège géant : les étoiles et le gaz tournent autour du centre, et la vitesse de leur mouvement révèle la quantité totale de matière dans ce manège. Si nous ne voyions que la matière lumineuse, les parties externes tourneraient plus lentement que ne le montrent les observations.

À 65 millions d'années-lumière de la Terre, dans la constellation de la Baleine, se nichent trois galaxies naines : DF2, DF4 et DF9. Toutes trois sont déclarées « galaxies sans matière noire » — cette substance invisible et mystérieuse qui, d'ordinaire, maintient les étoiles ensemble.

Les images de galaxies lointaines sont parsemées d'arcs et de taches incurvés : c'est la lumière qui a été déformée en chemin vers nous. Cet effet, prédit par Albert Einstein, agit comme un miroir déformant géant : un amas de galaxies massif déforme les images des sources en arrière-plan.

Le chat de Erwin Schrödinger, selon les lois quantiques, peut être à la fois vivant et mort. Mais avec une table, ce tour ne fonctionne pas. Lorsqu'un objet massif tente de se trouver à deux endroits, sa masse courbe tellement l'espace-temps qu'au lieu de deux points, il se forme un unique creux profond — et l'objet y glisse.

Au centre de notre Galaxie se trouve un trou noir supermassif autour duquel gravitent des étoiles. Leur mouvement évoque une ronde : certaines filent sur des orbites allongées, d'autres sur des orbites presque circulaires.

Le télescope James Webb a scruté l'amas de galaxies AS1063 et a distingué des dizaines de milliers d'amas globulaires — des « paquets » d'étoiles denses dispersés dans tout l'amas. Leur position coïncide avec la carte de la masse invisible, établie à partir de la courbure de la lumière des galaxies lointaines.

Le ciel nocturne est plein d'étoiles, mais elles ne représentent qu'une infime partie de ce qui existe dans l'Univers. Les astronomes ont depuis longtemps remarqué une étrangeté : les galaxies tournent si vite qu'elles devraient se disperser, mais elles ne le font pas.

Trois galaxies lointaines tournent comme des manèges géants. Leurs étoiles et leur gaz se déplacent le long de bras spiraux, et la vitesse de ce mouvement permet de calculer la quantité totale de matière dans la galaxie — visible et invisible.

Les corps supermassifs courbent l'espace, se transformant en lentille qui dévie la lumière des objets lointains. Cette courbure de l'espace-temps permet aux astronomes d'apercevoir l'invisible. Récemment, cette méthode a aidé à détecter un bloc caché d'une masse d'un million de soleils.

Le disque d'étoiles de la Voie lactée ressemble à un brillant moulinet, tandis que la matière noire — cette substance invisible qui ne se manifeste que par la gravité — forme un nuage invisible autour. Pour la première fois, sa forme a été mesurée avec précision.