Observer · Ciel profond

L'amas de Coma

À 321 millions d'années-lumière, un essaim de plus de mille galaxies serrées dans la Chevelure de Bérénice. C'est en le pesant, en 1933, que Fritz Zwicky a compris qu'il manquait de la matière au décompte : la première trace de la matière noire. Voici ce que ce champ vous montrera vraiment à l'oculaire, et pourquoi il compte tant.

1000: galaxies recensées, en immense majorité des elliptiques et des lenticulaires
321: millions d'années-lumière — dix fois plus loin que l'amas de la Vierge
1933: l'année où Zwicky y débusque la « matière obscure »
90 %: de la masse de l'amas, invisible, sous forme de matière noire
300 mm: diamètre à viser pour cadrer une dizaine de galaxies

Ce que c'est

Une ville de galaxies, deux géantes en son centre

L'amas de Coma, catalogué Abell 1656, est l'un des amas de galaxies les plus riches et les plus denses du ciel proche. On y a identifié plus de 1 000 grandes galaxies, et près de 30 000 naines gravitent autour — presque toutes des elliptiques et des lenticulaires vieillies, avec seulement quelques spirales attardées en périphérie. Là où notre Voie lactée vit à l'écart, dans un petit groupe tranquille, les galaxies de Coma s'entassent : un vrai centre-ville cosmique, où les collisions et les rencontres ont depuis longtemps lissé les bras spiraux.

Deux monstres dominent le cœur : NGC 4874 (magnitude 11,4) et NGC 4889 (magnitude 12,9), deux elliptiques supergéantes de type cD, chacune étalée sur plus de 250 000 années-lumière — plus de deux fois la Voie lactée. Ce sont elles, et elles seules, que votre télescope atteindra. L'amas s'accroche à quelques degrés du pôle nord galactique : par cette « fenêtre » dégagée, sans poussière de notre propre Galaxie pour le voiler, on plonge droit vers l'Univers lointain.

NGC 4889, elliptique supergéante au cœur de l'amas de Coma, entourée de galaxies plus petites — NGC 4889, « le géant endormi » — ESA/Hubble & NASA (CC BY 2.0)

L'amas de Coma en sept repères
Repère	Valeur
Type d'objet	Amas de galaxies riche (plus de 1 000 membres)
Constellation	Chevelure de Bérénice
Magnitude (membres brillants)	11,4 à 13 (NGC 4874, NGC 4889…)
Distance	~321 millions d'al (99 Mpc)
Étendue apparente	cœur dense ~0,5°, amas entier ~4°
Saison	Printemps, haut dans le ciel
Diamètre minimal	200 mm (limite), 300 mm pour un vrai champ
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Pourquoi il a changé la cosmologie

1933 : l'amas où la matière noire s'est trahie

En 1933, l'astrophysicien suisse Fritz Zwicky mesure la vitesse des galaxies de Coma. Elles filent à une vitesse folle : la dispersion des vitesses atteint près de 1 000 km/s. Il applique le théorème du viriel — le bilan entre l'énergie de mouvement et la gravité qui retient l'amas — et tombe sur une contradiction énorme. Pour que ces galaxies restent liées au lieu de se disperser dans l'espace, l'amas doit contenir environ 400 fois plus de masse que ne le laisse voir toute la lumière de ses étoiles.

Sa conclusion, publiée dans Helvetica Physica Acta, est vertigineuse : il existe une « dunkle Materie », une matière obscure, présente en bien plus grande quantité que la matière lumineuse. C'est la première mise en évidence de la matière noire. Ignorée pendant des décennies, l'idée s'est imposée : on estime aujourd'hui que près de 90 % de la masse de l'amas de Coma — et environ 85 % de toute la matière de l'Univers — échappe à nos télescopes. Quand vous pointez ce champ, vous regardez l'objet qui a révélé que l'essentiel du cosmos est invisible.

Fritz Zwicky, l'astrophysicien qui a déduit l'existence de la matière noire en pesant l'amas de Coma — Fritz Zwicky (1970) — Comet Photo AG, Zürich (CC BY-SA 4.0)

Les habitants

Deux trous noirs colossaux et un four à rayons X

NGC 4889 et son trou noir démesuré

La plus brillante des deux géantes du nord de l'amas, NGC 4889 (aussi cataloguée Caldwell 35), abrite en son cœur l'un des trous noirs les plus massifs connus : quelque 21 milliards de fois la masse du Soleil, soit 5 200 fois le trou noir central de la Voie lactée. Son halo diffus s'étire jusqu'à 1,3 million d'années-lumière. À l'oculaire, tout cela se résume à une petite tache ovale et floue — mais c'est bien elle.

NGC 4874 et sa nuée d'amas globulaires

Sa voisine, NGC 4874, deuxième plus brillante de l'amas (magnitude 11,4), est ceinte d'un essaim proprement démentiel : près de 18 700 amas globulaires l'entourent, l'un des systèmes les plus riches connus — quand notre Voie lactée n'en compte qu'environ 150. Un mince jet de plasma s'échappe de son centre sur 1 700 années-lumière.

Le gaz qui remplit le vide entre les galaxies

L'espace entre les galaxies n'est pas vide : il baigne dans un gaz intra-amas chauffé à des dizaines de millions de degrés (une température de l'ordre de 8 à 9 keV), qui rayonne en rayons X. Ce plasma pèse plus lourd que toutes les étoiles de l'amas réunies — et pourtant, avec la matière noire, il ne suffit toujours pas à expliquer la cohésion de l'ensemble.

Une masse qui écrase l'imagination

Pesé par la vitesse de ses galaxies, par son gaz X et par la façon dont il déforme la lumière d'arrière-plan, l'amas de Coma totalise de l'ordre de 7 × 10¹⁴ masses solaires. Il file loin de nous à environ 6 925 km/s (décalage vers le rouge de 0,0231) — c'est cette fuite mesurée par Edwin Hubble et ses successeurs qui donne sa distance.

En images

Ce que la pose longue montre de Coma, et pas votre oculaire

À l'oculaire

Un champ réservé aux observateurs chevronnés

Ce que la distance impose

À 321 millions d'années-lumière, même les géantes de l'amas plafonnent à la magnitude 12–13. Les dix galaxies les plus brillantes se tiennent entre les magnitudes 12 et 14 : c'est le seuil d'un instrument de 200 mm au minimum, et encore sous un ciel vraiment noir. Coma n'est pas une cible pour débuter — c'est une récompense qu'on va chercher après des années.

À 200 mm, la limite du possible

Sous un ciel de campagne bien sombre, un 200 mm décroche NGC 4874 et NGC 4889 comme deux minuscules ovales cotonneux, séparés d'à peine 7′. C'est déjà une victoire : vous tenez à l'oculaire deux galaxies plus lointaines que presque tout ce que vous aurez observé.

À 300 mm et plus, le champ se peuple

Avec un 300 mm sous un ciel d'exception (Bortle 1–2, transparence parfaite), le champ se met à grouiller : autour des deux géantes, une dizaine de petites taches se détachent en vision décalée, chacune une galaxie entière. C'est l'expérience ultime du « champ plein de galaxies lointaines ». Montez à ×150 ou ×200 pour assombrir le fond de ciel et détacher les plus faibles.

L'astrophoto ouvre un autre monde

En pose longue, ce que le visuel refuse s'ouvre : quelques minutes de capteur font surgir des dizaines de galaxies, cumulées sur plusieurs nuits, des centaines. Là où l'œil voit deux ovales, le capteur peint une foule. C'est l'objet parfait pour comprendre pourquoi la photo et le visuel racontent deux histoires différentes du même point du ciel.

Ce que Coma vous montre selon votre instrument
L'instrument	Ce que l'amas vous montre
Jumelles, lunette 100 mm	Rien de l'amas — c'est trop faible et trop lointain ; réservez-les à Melotte 111 juste à côté
Télescope 200 mm, ciel noir	NGC 4874 et NGC 4889, deux petits ovales gris séparés de 7′
Télescope 300 mm, ciel Bortle 1–2	Une dizaine de galaxies dans le champ, en vision décalée, à ×150–×200
Astrophoto (pose cumulée)	Des dizaines à des centaines de galaxies — un champ noir de monde
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Repérer

À l'ouest de Bêta Comae, au printemps

Attendez le printemps et une nuit sans lune

La Chevelure de Bérénice monte haut dans le ciel du soir de mars à juin. Choisissez une nuit sans lune, loin des lumières : ici, la transparence du ciel compte autant que le diamètre du télescope.
Repérez Bêta Comae Berenices

L'étoile la plus brillante de la constellation, Bêta Comae, ne brille qu'à la magnitude 4,26 — discrète, mais repérable à l'œil nu sous un bon ciel, entre la queue du Lion et le Bouvier.
Glissez d'environ 2,5° vers l'ouest

Depuis Bêta Comae, dérivez au chercheur d'à peu près deux degrés et demi vers l'ouest. Vous ne verrez rien à l'œil nu ni au chercheur : c'est une zone de ciel apparemment vide.
Montez le grossissement et cherchez la paire

À l'oculaire, à faible puis moyen grossissement, deux petites taches floues émergent côte à côte : NGC 4874 et NGC 4889. Vous y êtes. Le reste de l'amas se dévoile ensuite, en vision décalée, à fort diamètre.

Un peu d'histoire

De la plaque de Herschel à la matière invisible

1785
William Herschel repère NGC 4874 et NGC 4889 lors de ses relevés de nébuleuses — deux « taches nébuleuses brillantes » dont il ignore qu'elles sont des galaxies entières, à des centaines de millions d'années-lumière.
1901
Max Wolf photographie l'amas depuis Heidelberg : la plaque révèle une densité de galaxies inédite et fait de Coma un objet d'étude à part entière.
1933
Fritz Zwicky mesure la vitesse des galaxies et déduit qu'il manque 400 fois trop de masse : il postule la « matière obscure ». La cosmologie ne sera plus la même.
1950
Les astronomes du mont Palomar mènent le premier grand recensement de l'amas, dénombrant ses milliers de membres et confirmant sa richesse exceptionnelle.
1970
Les satellites à rayons X révèlent le gaz intra-amas brûlant qui baigne Coma : une nouvelle preuve, indépendante, qu'il faut bien plus de masse que la lumière n'en montre.

L'avis de Luc

On ne vient pas à Coma pour ce qu'on voit, mais pour ce qu'on comprend : c'est l'amas où l'on a pesé l'invisible. À 200 mm sous un ciel de campagne, deux ovales gris de rien du tout — encore faut-il savoir que ce « rien » se trouve à 321 millions d'années-lumière pour être saisi. La vraie soirée demande un 300 mm en montagne, 200×, une nuit sans lune : une dizaine de galaxies finissent alors par sortir en vision décalée. À déconseiller franchement à un débutant.

Continuer

À explorer autour de l'amas de Coma

L'amas de la Vierge, plus proche et plus facile Dix fois plus près que Coma, il accroche déjà ses plus belles galaxies dès 100 mm : l'amas par lequel commencer avant de tenter les taches lointaines de la Chevelure.

L'anneau de lumière de M87* photographié par l'Event Horizon Telescope en 2019

M87, un trou noir photographié L'elliptique géante qui domine l'amas de la Vierge : son trou noir a été photographié en 2019, et l'oculaire, lui, l'atteint plus aisément.

Deux silhouettes debout sur une crête désertique sous la Voie lactée dressée à la verticale, son cœur galactique bien visible

Se repérer dans le ciel de printemps Le Lion, le Bouvier, la Chevelure de Bérénice : la carte pour retrouver Bêta Comae et redescendre vers l'amas soir après soir.

Quel diamètre pour décrocher les galaxies de Coma ?

Sous 200 mm, l'amas reste hors de portée ; à 300 mm sous un ciel Bortle 1–2, une dizaine de galaxies sortent en vision décalée. On vous oriente vers le tube et l'oculaire qui font la différence sur ces cibles lointaines, classés par usage et par budget.

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