La loi de la gravitation universelle pour en déduire la masse d'une galaxie

Pour déduire la masse d'une galaxie à partir de l'observation du mouvement de ses étoiles, on utilise la loi de la gravitation universelle formulée par Isaac Newton. Cette loi postule que la force gravitationnelle entre deux masses est directement proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Dans le contexte des galaxies, cette force gravitationnelle est responsable de la vitesse à laquelle les étoiles orbitent autour du centre galactique.

La vitesse orbitale des étoiles dans une galaxie, en particulier celles situées aux bords extérieurs, peut être utilisée pour estimer la masse totale de la galaxie. Si l'on observe que les étoiles à la périphérie d'une galaxie se déplacent à des vitesses élevées, cela indique une force gravitationnelle importante, suggérant ainsi une masse galactique conséquente pour maintenir ces étoiles en orbite. Cette approche révèle souvent la présence de matière noire, une composante invisible qui ne peut être détectée directement mais dont les effets gravitationnels sur les mouvements stellaires sont manifestes.

Le même principe s'applique aux amas de galaxies, où la vitesse de déplacement des galaxies individuelles au sein de l'amas peut être analysée pour déduire la masse totale de l'amas, y compris la matière noire qu'il contient. Les vitesses élevées impliquent une masse totale importante pour l'amas, nécessaire pour lier gravitationnellement les galaxies ensemble malgré l'expansion cosmique.

Ces techniques de mesure sont fondamentales en cosmologie pour comprendre la structure et la composition de l'Univers, révélant l'importance et la prévalence de la matière noire dans la formation et l'évolution des structures cosmiques.