​ La Voie Lactée et la Matière Noire

LaVoieLactéeetlaMatièreNoire
Commentl'existencedelamatièrenoirea
étéprouvé?
Documentréaliserdanslecadredel'enseignementd'AREpar:
AchrafLAHKIKY
AlexandreSIK
ChenhuiHE
SamyHAMDAN

Sommaire
Introduction
I.ÉtudedelaVoieLactée
a. LesQuadrantsdelaVoieLactéeCartographierlaVoieLactée
b. L’atomed’hydrogèneetlaraieà21cm
c. L’effetDopplerFizeau
d. Calculdelavitesseradiale
II.MassedelaVoieLactée
a. SimulateurEuhouetsacourbederotation
b. CalculdelamassedynamiquedelaVoieLactée
c. Comparaisondelamassedynamiqueetlamasselumineuse
Conclusion
Annexe
ProjetPython
Sources

Introduction
Nousavonschoisislesujet«VoieLactéeetMatièrenoire»,c'estunsujetassez
intéressantetintriguant,carlamatièrenoiren'estpasdétectablepardesméthodesdirects.
Elleestdifférentedelamatièrequenousconnaissons(électronetproton).
En1933,l’astronomesuisseFritzZwickyaétudiéungroupede7galaxiesdans
l’amasdelaCheveluredeBerenice.Ilvoulaitcalculerlamassetotaledecetamasen
fonctiondelavitessedes7galaxiesetensuitelacomparéaveclamasse“lumineuse”decet
amasquicorrespondàlamassedéduitedelaquantitédelumièreémiseparl’amas.
Cependant,ilconstataquelesvitessesdesgalaxiesdel’amasétaienttrèsélevées.
Lamassequ’ildéduitdelavitessedel’amasétait400foissupérieuralamassequ’il
déduitdelamasse“lumineuse”.Leschercheursdel’époquenesesontpasplusintéresséà
ceprojet.Ilsontsupposéqu’uneerreuraétécommiseparZwickyvuquecesincertitudesde
mesuresétaientbientropgrandes.
Deplus,lesconnaissancessurlesobjetstelquelesnainesbrunes,blanches,les
étoilesàneutronsetlestrousnoirsetautresobjetpeulumineux,étaientmauvaises.Ona
alorssupposéqueces2facteursontcauséladifférencedemasse.
En1936,SinclairSmithacalculélamassetotaledel’amasdelaVierge.Elleétait200
foisplusimportantequel’estimationdonnéeparEdwinHubblemaispouvaits’expliquer(
d'aprèssmith)parlaprésencedematièreentrelesgalaxiesdel’amas.
Cesdifférencesdemassesontétéoubliépendantplusieursdécenniesmaisreprise
en1970.
Leschercheursdel’époqueontalorsétudiésdeplusprèscesdifférencesdemasses,
etenontsupposéqu’unematièrenonvisiblemaistrèslourdeétaitprésentedanslagalaxie.
Commentontilspuprouverl'existenced’unematièreinvisible?

IÉtudedelavoieLactée
Notreuniversestconstituédebeaucoupd’objetplusoumoinsgrosenconstantmouvement.
Onpeutytrouverdesétoilesetleurplanètes,desastéroïdes,desnuagesdegaz.Pour
faciliterl’étudedelaVoieLactée,nousl’avonsséparéen4partiesavecunecroixayantpour
centrelasystèmesolaire.Lesnuagesdegazprésentdanscesquadrants,peuventêtre
détectégrâcealaraieà21cm.Nouspouvonsensuiteutiliserl’effetDopplerFizeauetensuite
étudierlavitesseradialedunuage.

a. LesquadrantdelaVoileLactéeCartographierlaVoieLactée
NouspouvonspartagerlaVoielactée(galaxiedanslequelsetrouvelesystème
solaire)en4quadrants.Onpeutreprésenterunecroixquidélimitechaquequadrantsdontle
centreestlapositiondusystèmesolaire.Lalongitudegalactique(l)estuneunitédemesure
deladirectiond’observationdansleplandelagalaxieendegré.l=0correspondaucentrede
lagalaxie.LequadrantIcorrespondàlapartieentre0°et90°.LeIIcorrespondalapartie
entre90°et180°.LeIIIde180°a270°etleIVde270°a360°.Cesquadrantsontune
influencesurlesigne(positifounégatif)delavitesseradialeetdoncdel’effet
DopplerFizeau.
EneffetlaformuledelaVitesseradialeest:
rVsin(l) V0 sin(l)V=  *R
R0* −  *
avec V = vitesse d'un nuage de gaz
R0 = distance entre le soleil et le centre galactique
R = distance entre la nuage et le centre galactique
l = longitude galactique
V0= vitesse du soleil autour du centre galactique
EnnousplaçantdanslesquadrantsIetIII,nousavonsrespectivement0°<l<90°et
180°<l<270°,lesignedeVrestalorspositifcarsin(l)>0.