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En 1933, l'astronome suisse Fritz Zwicky étudie un petit groupe de sept galaxies dans l'amas de la Chevelure de Bérénice. Son objectif est de calculer la masse totale de cet amas en étudiant la vitesse (ou plutôt la dispersion des vitesses) de ces sept galaxies. Il déduit ainsi — à l'aide des lois de Newton — la « masse dynamique » et la compare à la « masse lumineuse », déduite de la quantité de lumière émise par l'amas (en faisant l'hypothèse d'une distribution raisonnable des populations d'étoiles dans les galaxies). |
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La dispersion des vitesses (la manière dont les vitesses des sept galaxies diffèrent les unes des autres) est directement liée à la masse présente dans l'amas par une formule semblable à la troisième loi de Kepler. Un amas d'étoiles peut être comparé à un gaz, dont les particules seraient des étoiles. Si le gaz est chaud, la dispersion des vitesses des particules est élevée. Dans le cas extrême, les particules ayant une vitesse suffisante s'échappent de la masse gazeuse. Si le gaz est froid, la dispersion des vitesses est faible. |
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Zwicky constate que les vitesses observées dans l'amas de Coma sont très élevées. La masse dynamique est en effet 400 fois plus grande que la masse lumineusen 2. À l'époque, les méthodes et la précision des mesures ne sont pas assez bonnes pour exclure des erreurs de mesure. De plus, des objets massifs tels que les naines brunes, les naines blanches, les étoiles à neutrons et les trous noirs, tous des objets très peu rayonnants, sont inconnus ou mal connus, tout comme leur distribution. De même pour les étoiles naines rouges, la poussière interstellaire et le gaz moléculaire qui tous rayonnent surtout dans l'infrarouge, donc hors des bandes de fréquence qui peuvent traverser l'atmosphère. Il faut attendre les télescopes spatiaux dédiés à l'infrarouge, comme Herschel lancé en 2009, pour commencer à voir quelque chose. |
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Sinclair Smith observe le même phénomène, en 1936, lors du calcul de la masse dynamique totale de l'amas de la Vierge. Elle est 200 fois plus importante que l'estimation donnée par Edwin Hubble, mais la différence peut, d'après Smith, s'expliquer par la présence de matière entre les galaxies de l'amas. En outre, les amas étant encore considérés, par un grand nombre d'astronomes, comme des structures temporaires dont les galaxies peuvent s'échapper — et non pas comme des structures stables —, cette explication suffit alors à justifier l'observation de vitesses excessives.
À l'époque, les astronomes étudient d'autres sujets jugés plus importants, comme l'expansion de l'Univers. La question de la différence entre la masse dynamique et la masse lumineuse intéresse peu et sombre dans l'oubli pendant plusieurs décennies. |
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