La géométrie 3D des halos de matière noire par les disques d'hydrogène atomique Hi

The 3D geometry of dark matter halos using Hi atomic hydrogen disks

• Auteur / Autrice : Jean-François Becquaert
• Direction : Françoise Combes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie fondamentale, mécanique céleste et géodésie
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Sicardy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Combes, Daniel Pfenniger, Olivier Bienaymé, Gary Mamon, Bernard Fort
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Pfenniger, Olivier Bienaymé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière noire (astronomie)

Galaxies spirales

Matière interstellaire

Halos galactiques

Résumé

Les théories de l'Univers basées sur l'inflation prédisent que la matière noire non-baryonique composerait 95% de toute la matière dans l'Univers ( = 1). Des analyses récentes suggèrent que celle-ci est agglomérée essentiellement autour des galaxies individuelles. Connaitre la forme de ces halos de matière noire avec une bonne précision pourrait permettre d'appréhender la nature de cette matière. La géométrie 3-dimensionnelle des halos de matière noire est étudiée dans cette thèse à travers l'analyse de l'épaisseur des disques d'hydrogène atomique Hi des galaxies spirales. La méthode consiste en une analyse cinématique de l'épaisseur des disques Hi ou les gauchissements des disques des galaxies (« warps »), sont explicitement inclus dans le modèle 3D. En parallèle, une analyse théorique est développée. L’épaisseur des disques Hi est donnée en fonction de l'aplatissement du halo q = c/a, d'un modèle de masse de la galaxie solution d'un ajustement de la courbe de rotation observée, de la dispersion verticale de vitesse du gaz et de l'auto-gravite du gaz. La confrontation avec l'épaisseur modélisée ci-dessus permet de déterminer q. Nous montrons que le problème est en fait dominé par la masse extérieure au dernier rayon de la courbe de rotation (inconnue). La masse externe puisqu'elle n'a pas une symétrie sphérique, a une contribution négative sur cette courbe de rotation. Les densités volumiques de matière noire peuvent être typiquement surestimées d'un facteur 3. La méthode des disques atomiques corrigée est appliquée aux galaxies inclinées K 884, NGC 4013, NGC 891 et m 31. Pour toutes les galaxies, l'aplatissement du halo avec la méthode corrigée est trouvé très prononcé, pouvant même être représenté par q 0. 1 pour NGC 891.

Knowing the flattening of dark matter halos surrounding the galaxies is of cosmological relevance since it will give some insight in the true nature of dark matter and in the processus of galaxy formation. The 3D geometry of Dark Matter Halos is studied here through an analysis of the thickness of the atomic hydrogen diak (Hi) of spiral galaxies. We test the flattening of the global gravitational potential locally, using the equatorial rotation curve and the Hi disk thickness. A method consisting in a 3D kinematical analysis of the thickening of Hi layers (“flaring”), inserting explicitly the modelling of warps, is presented. In parallel, it is shown that the thickness is generally predictable as a function of the halo flattering q = c/a, a galaxy mass model solution of a fit of the rotation curve, the vertical velocity dispersion of the gas, and the self-gravity of the gas. A comparison with the previously modelled thickness will finally determine q. We show that the problem is in fact dominated by the external mass in the galaxies (i. E. The mass after the last radius of the measured rotation curves). The mass external to the disk, if not spherical, has a negative contribution to the inner rotation curve (since the radical force is opposite to the radial force due to the mass inside the galactic disk) : the dark matter outside the last radius of the curve is shown to modify the inner dark matter densities up to a factor 3. The method roughly corrected from the “external mass” problem is applied to a sample of edge-on spiral galaxies : K 884, NGC 4013, NGC 891 and M31. In every case, the dark halos with the corrected method are found much more flattened than when they are determined with the classical infinite isothermal profile and can ever be inferior to q 0. 1 for NGC 891.