I.2. TH ´
EORIE DU POTENTIEL 5
=−GM(r)
r−4πG Z∞
rρ(s)s ds =−Z∞
r
GM(s)ds
s2,(I-25)
o`u la derni`ere ´egalit´e est obtenue par int´egration par parties. La derni`ere ´egalit´e de l’´equa-
tion (I-25) s’obtient aussi directement de l’expression (I-19) pour le gradient du potentiel.
I.2.4 Couples densit´e-potentiel
Il existe des profils simples de densit´e et/ou des potentiels simples qui sont commun´ement
employ´es pour les amas globulaires, galaxies elliptiques et amas de galaxies.
Kepler Le potentiel de Kepler est celui provenant d’une masse tr`es concentr´ee, c’est-`a-dire
une masse ponctuelle, `a laquelle est associ´ee le potentiel Φ(r) = −GM/r et la vitesse
circulaire
v2
circ =GM
r.(I-26)
Le potentiel de Kepler s’applique autour de trous noirs ainsi que loin des structures
(e.g. galaxies).
isotherme singulier Le profil de densit´e
ρ(r)∝1
r2=v2
circ/4πG
r2(I-27)
donne lieu `a une masse qui diverge :
M(r) = v2
circ r
G(I-28)
et une vitesse circulaire constante. Le potentiel de l’isotherme singulier non-tronqu´e
diverge en r= 0 et r→ ∞. N´eanmoins, il peut s’´ecrire
Φ(r) = Φ(r1)−v2
circ ln µr
r1¶,(I-29)
o`u r1est un rayon quelconque.
Le profil singulier isotherme a ´et´e rendu populaire par l’observation de courbes de
rotation plates autour des galaxies spirales ainsi que par la pr´ediction par les cosmol-
ogistes dans les ann´ees 70-80 de profils de densit´e de masse similaires (en r−9/4Gott
1975; Bertschinger 1985). Les cosmologistes, s’appuyant d´esormais sur des simulations
`a tr`es haute r´esolution de l’´evolution gravitationnelle de l’Univers, penchent main-
tenant vers des profils de densit´e de masse avec des pentes plus faibles au centre (−1 :
Navarro, Frenk & White 1995; −3/2 : Fukushige & Makino 1997, Moore et al. 1998,
voire homog`ene au centre Navarro et al. 2004) et plus forts aux bords (−3 : Navarro,
Frenk & White 1995, voire plus : Navarro et al. 2004).