Comment pèse-t-on une galaxie ?

💡 La réponse en une phrase : Les scientifiques peuvent estimer la masse d’une galaxie en observant sa courbe de rotation, c’est-à-dire le mouvement de ses étoiles.

La Voie lactée est légère, bien plus qu’on l’imaginait. Cette découverte étonnante a fait l’objet d’une étude publiée récemment, le 27 septembre 2023, dans Astronomy & Astrophysics. Ses auteurs présentent la mesure la plus précise jamais réalisée de la Voie lactée. Sa masse totale est estimée à 200 milliards de fois celle du Soleil. Notre galaxie serait donc 4 à 5 fois plus légère que ce qui avait été estimé auparavant.

« La masse totale de la Voie Lactée est estimée à seulement 2,06 X 10 [puissance] 11 masses solaires. Elle est donc réévaluée à la baisse, avec un facteur quatre à cinq fois moindre que des estimations antérieures qui la donnaient à 10 [puissance] 12 masses solaires », résume l’observatoire de Paris dans un communiqué. Mais comment fait-on pour « peser » une galaxie ? Tout particulièrement, la nôtre, la Voie lactée ?

On pèse les galaxies grâce à leurs étoiles

Évidemment, on ne peut pas mesurer le poids d’une galaxie avec une balance, ou la mettre à côté d’une autre galaxie pour comparer. Les méthodes utilisées pour estimer la masse d’autres objets, comme les lunes, les planètes ou les étoiles, reposent sur leurs interactions gravitationnelles avec d’autres objets. Lorsque les scientifiques ont tenté d’appliquer cette méthode pour les galaxies, ils ont obtenu des résultats étranges — ils venaient en fait de mettre le doigt sur l’hypothèse de la matière noire.

Pour « peser » les galaxies, les scientifiques doivent être créatifs. L’une des méthodes consiste à observer la courbe de rotation de la galaxie, c’est-à-dire la vitesse des étoiles par rapport au centre de la galaxie. C’est avec cette méthode que l’on a pu estimer la masse de galaxies proches, comme la galaxie d’Andromède (dont la masse s’avère être dans le même ordre de grandeur que celle de la Voie lactée).

Pour la Voie lactée, problème : nous sommes dedans

Mais pour la Voie lactée, la mesure de la masse se complique avec cette méthode. Du fait de notre position à l’intérieur même de la Voie lactée, il est très compliqué de « distinguer précisément les mouvements et la distance des étoiles constituant son disque », selon l’observatoire de Paris. Autrement dit, nous ne sommes absolument pas les mieux placés !

Pourtant, il est essentiel de parvenir à estimer exactement la masse de notre galaxie. Les scientifiques en ont besoin pour deux raisons : mieux comprendre où se situe la place de la Voie lactée à l’échelle de l’Univers ; connaître l’histoire du Groupe local de galaxies (un ensemble de 60 galaxies, une sorte de « grande famille » dont la Voie lactée fait partie).

Pour aller plus loin

Découvrez à quoi ressemblait la Voie lactée lorsqu’elle n’était qu’un bébé

La mission Gaia de l’Agence spatiale européenne (ESA), lancée en 2013 et toujours opérationnelle, a changé la donne. Elle permet de faire de grands progrès en mesurant la position, la distance et les mouvements des étoiles. La récente estimation, qui revoie à la baisse la masse de la Voie lactée, a notamment été réalisée grâce aux données du troisième catalogue de Gaia, paru en 2022. Ce sont ces données qui ont permis de construire une courbe de rotation très précise pour la Voie lactée (la plus précise jamais obtenue pour une galaxie spirale), et finalement d’aboutir à une nouvelle estimation plus exacte de sa masse. La quête pour peser la Voie lactée continue.