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⚜ Vera Rubin

《 Vera Rubin, née Cooper le 23 juillet 1928 àPhiladelphie (Pennsylvanie, États-Unis) et morte le 25 décembre 2016[1] à Princeton, est une astronome américaine principalement connue pour son étude sur la vitesse de rotation des étoiles dans les galaxies spiralesqui consolida l'hypothèse de la présence dematière noire dans la périphérie des galaxies. 》

TRAVAUX

Mouvement des galaxies et des amas de galaxies

Dans son mémoire de master, en 1950, Vera Rubin suggère que, en plus de s'éloigner les unes des autres à cause de l'expansion de l'Univers, les galaxies sont en rotation autour d'un point encore inconnu. Ce mémoire, présenté au cours d'une réunion de la Société américaine d'astronomie, est mal reçu par lesseniors astronomers. Pourtant le concept duGrand Attracteur est aujourd'hui reconnu[1]. Plus tard, en 1976, elle reprend l'étude du mouvement des galaxies par rapport au mouvement général d'expansion de l'Univers. On considérait alors que le mouvement des galaxies était régulier et globalement homogène avec des écarts de vitesse de l'ordre de 50 km/s. Vera Rubin et ses collaborateurs ont montré que les galaxies de notre Groupe Local pouvaient atteindre des vitesses relatives de 450 km/s, soit 10 fois supérieures à ce qui était communément admis. Leurs publications furent considérées par certains comme une "hérésie cosmique". Des recherches ultérieures ont montré que ce genre de mesures est très complexe et que les données de Vera Rubin étaient entachées d'erreurs. Cependant, l'irrégularité des vitesses des galaxies par rapport à l'expansion de l'Univers fait désormais partie des acquis de l'astronomie[10].

Distribution des galaxies

Sa thèse porte sur la distribution des galaxies dans l'Univers. Elle conclut que les galaxies ne sont pas réparties uniformément dans l'Univers, certaines régions étant plus riches en galaxies tandis que d'autres le sont moins. Ses résultats furent confirmés 15 ans plus tard, mais, au moment de sa publication, sa thèse — qui allait à l'encontre de l'Univers homogène proposé par la théorie du Big-Bangde l'époque — ne suscita guère d'intérêt de la part de ses confrères[1].

Avec Kent Ford (en), Rubin reprend ses travaux sur son sujet de mémoire et en tire de nouveau les mêmes conclusions que précédemment. Les débats houleux qui s'ensuivent, jusqu'à la demande de certains astronomes d'arrêter ces travaux, font orienter Rubin et Ford vers des domaines de recherche plus calmes.

Matière noire

En 1964, une conférence sur « la masse manquante » a lieu à Santa Barbara en Californie pour faire le point sur ce sujet initié en 1933 par Fritz Zwicky qui avait trouvé qu'il n'y avait pas assez de masse ou de force gravitationnelle pour maintenir la cohésion des amas de galaxies. Les données collectées sur les télescopes optiques restaient difficile à interpréter. Ce sont les données de radioastronomie qui ont relancé le sujet de la "masse manquante" de façon la plus décisive[10],[11]. En particulier, Morton Roberts étudie, dans la galaxie d'Andromède, la raie à 21 cm émise par l'hydrogène neutre avec le radiotélescope de Green Bank du National Radio Astronomy Laboratory[12]. Vera Rubin, qui suit avec intérêt les travaux de Roberts, entreprend à son tour une étude détaillée de la rotation de la galaxie d'Andromède en observant la raie Hα de l'hydrogène ionisé avec des télescopes optiques. Elle constate que les étoiles à la périphérie de la galaxie vont beaucoup plus vite que ne le prévoient les lois de Newton. En 1973, Roberts étend ses observations radio astronomiques à différents types de galaxies. Il trouve que la vitesse de rotation des galaxies reste constante à grande distance du centre galactique. La courbe de représentation de la vitesse de rotation en fonction du rayon de la galaxie reste horizontale au lieu de décliner. Ce qu'il nomme « a flat rotation curve  ».

Courbes de rotation des éléments des galaxies en fonction de leur distance au centre galactique (en rouge). Courbe attendue d'après la masse galactique visible (en pointillés bleus).

D'autres études[13],[14] confirment ces observations et leurs auteurs font l'hypothèse que les galaxies sont entourées, à leur périphérie, d'un halo invisible de masse très importante. En 1978, paraît la thèse d'Albert Bosma[15] qui a fait ses observations sur le radiotélescope de Westerbork et étend à 7 nouvelles galaxies les données sur la vitesse périphérique des galaxies [10]. La même année, Vera Rubin et ses collaborateurs publient leurs observations optiques réalisées sur différents types de galaxies spirales de haute luminosité. Une fois encore, les courbes de rotation sont plates. Ils concluent que leurs résultats impliquent l'existence, à la périphérie des galaxies, de halos massifs dont la masse augmente avec la distance au centre galactique. Il est remarquable de constater que les résultats des observations optiques concordent parfaitement avec ceux des observations radiométriques alors que chaque technique vise des objets différents[11].

D'après Sandra Faber, professeur émérite d'astronomie à l'Université de Californie à Santa Cruz, la notoriété de Vera Rubin sur le sujet de la matière noire résulte de trois facteurs[10]. D'une part, la clarté d'exposition de ses publications, très bien illustrées, qui rendent la « platitude » des courbes de rotation incontestables. D'autre part, le fait qu'elle ait poursuivi ses observations pour établir l'universalité du phénomène. Enfin, les nombreuses conférences qu'elle a données dans lesquelles de multiples auditeurs se sont laissés convaincre par la clarté de ses exposés.

Fusion de galaxiesModifier

Au début des années 1990, Vera Rubin observe que la moitié des étoiles de la galaxieNGC 4550 tournent dans le sens des aiguilles d'une montre, tandis que l'autre moitié tourne dans le sens inverse. Elle émet l'hypothèse que ce phénomène est dû à la fusion de deux galaxies dont les étoiles tournaient en sens inverses. Cette découverte, publiée en 1992, est d'abord reçue avec scepticisme. Elle est aujourd'hui universellement acceptée et corroborée par l'observation de nombreuses galaxies dont les étoiles ne tournent pas toutes dans le même sens. 》