Les masses des galaxies

Les galaxies peuvent avoir des dimensions et des masses très diverses. Bien sûr, la masse d'une galaxie n'est pas une quantité directement accessible à l'observation. Les astronomes peuvent seulement observer de la lumière, dans un certain nombre de domaines de longueur d'onde, et à partir de là mettre au point des modèles de distribution de matière qui permettent au mieux d'ajuster les résultats d'observations.

Ainsi, à partir des courbes de rotation des galaxies spirales, il est possible de construire des modèles de masse.

Pour construire des modèles de masse, on peut utiliser plusieurs méthodes. Par exemple, la méthode dite de Schwarzschild, qui, très schématiquement, peut être résumée comme suit :

• mesurer la brillance de surface d'une galaxie en un certain nombre de points, et mesurer en ces points la vitesse de rotation
• en supposant une valeur pour le rapport M/L (rapport masse/luminosité moyen des étoiles), calculer la densité de matière projetée (sur le plan du ciel)
• déprojeter cette densité pour obtenir une densité de matière à trois dimensions
• faire une hypothèse sur la distribution de matière noire (qui va en fait dominer la masse) ; par exemple, on peut supposer que la matière noire est distribuée dans un halo sphérique
• calculer alors le potentiel gravitationnel dû à cette distribution de masse
• en utilisant une librairies d'orbites stellaires, calculer quelle est la superposition maximale d'orbites permettant d'ajuster le potentiel gravitationnel calculé
• si nécessaire faire un certain nombre d'itérations, jusqu'à ce que l'image et la courbe de rotation calculées par le modèle soient les plus proches possibles des données de départ.

On trouve alors comment la masse est distribuée entre les diverses composantes. Ceci est illustré par la figure ci-contre, où l'on voit la contribution du disque, du gaz et du halo à la courbe de rotation et à la densité lumineuse observée.