Galaxies

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L'icône montre M51, la Galaxie du Tourbillon (Whirlpool).

Les galaxies sont de vastes systèmes d'étoiles et de matière interstellaire, contenant typiquement de plusieurs millions à des milliers de milliards (10^12) d'étoiles, avec des masses allant également de plusieurs millions à des milliers de milliards de masses solaires. Leurs dimensions s'échelonnent de quelques milliers à plusieurs centaines de milliers d'années-lumière, et elles peuvent être séparées les unes des autres par des distances se comptant en millions d'années-lumière. Elles se présentent sous des formes variées : spirales, lenticulaires, elliptiques et irrégulières. Enfin, en plus des simples étoiles, elles contiennent aussi différents types d'amas d'étoiles et de nébuleuses.

Nous vivons à l'intérieur d'une galaxie spirale géante, la Voie Lactée, de 100 000 années-lumière de diamètre avec une estimation de sa masse totale pouvant aller, selon les sources, d'un peu plus de cent milliards, à mille milliards de masses solaires. Les plus proches galaxies naines, satellites de la Voie Lactée, sont seulement à quelque 100 000 années-lumière, tandis que la plus proche géante, la Galaxie d'Andromède, également spirale, se trouve à une distance entre 2 et 3 millions d'années-lumière.

[Spiral] Spirales

Dans l'ensemble, les galaxies spirales comportent deux éléments principaux:
- un disque, aplati et très étendu, qui contient souvent beaucoup de matière interstellaire (parfois visible sous forme de nébuleuse en émission, plutôt rouge, ou de sombres nuages de poussière) et de jeunes amas ouverts avec les associations d'étoiles qui en sont issues. Ce disque est souvent organisé en remarquables et frappantes structures spirales et/ou barrées.

- un bulbe de forme ellipsoïdale, contenant une vieille population d'étoiles, sans matière interstellaire et souvent associée à des amas globulaires. Les étoiles jeunes du disque sont dites de population I et les vieilles dans le bulbe de population II. Le rapport entre la masse et la luminosité de ces composants semble varier sur une large échelle, permettant d'établir une classification. Les structures typiques dans le disque ne sont probablement que des phénomènes transitoires, provoqués par les interactions gravitationnelles entre galaxies voisines.

Notre Soleil est l'une parmi les 100 milliards d'étoiles contenues dans une galaxie spirale, la Voie Lactée.

[S0] Lenticulaires (S0)

Ce sont, pour simplifier, "des galaxies spirales sans structure spirale", c'est à dire avec un disque uniforme, dans lequel la formation d'étoiles s'est arrétée il y a longtemps, parce que la matière interstellaire était épuisée. Elles sont donc composées seulement, ou au moins principalement, d'une vieille population de type II. A l'observation, du fait de leur apparence et de leur contenu stellaire, elles peuvent souvent être difficiles à distinguer des elliptiques.

[Elliptical] Elliptiques

Les galaxies elliptiques sont, en fait, de forme ellipsoïdale, et on peut tout à fait dire, à partir de l'observation, qu'elles sont en général triaxales (des ballons de foot cosmiques comme Paul Murdin, David Allen, et David Malin l'ont fait remarquer). Elles ont peu, ou pas du tout, de moment angulaire, c'est à dire qu'elles ne tournent pas sur elles-mêmes comme un tout (naturellement, les étoiles sont toujours en orbite autour du centre des galaxies, mais ces orbites sont statistiquement orientées de telle sorte que, au total, seul subsiste un faible moment angulaire orbital net). Normalement, les galaxies elliptiques contiennent très peu ou pas de matière interstellaire, et sont formées uniquement de vieilles étoiles de population II : elles ressemblent au bulbe lumineux des galaxies spirales sans le disque.

Cependant, dans quelques cas, de petits disques ont été découverts, qui pourraient être les représentants d'une limite commune aux différents schémas de galaxies, y compris celles à disques.

[Irregular] Irrégulières

Souvent, du fait des distortions produites par la gravitation de leurs voisines, ces galaxies ne correspondent pas bien au schéma avec disques ou ellipsoïdes, mais présentent des formes particulières. Cependant une sous-classe, à disque déformé, est fréquemment utilisée.

A partir de leur apparence, les galaxies sont classées en types comme indiqué ci-dessus: spirales, lenticulaires, elliptiques et irrégulières, avec en plus pour les spirales l'indication de la présence d'une barre (S : Spirales, SAB : Intermédiaires, SB : Spirales barrées). Plus précisément, les elliptiques possèdent une sous-classification pour leur degré d'élongation, allant de E7 (forte élongation) à E0 (circulaire), et les spirales pour le rapport entre l'importance du bulbe et l'extension des bras spiraux, soit de Sa (ou SABa, SBa) à Sc ou Sd. Ce schéma, dit classification de Hubble, peut être illustré par les galaxies de Messier :

Les galaxies de tout type, bien qu'ayant une grande variété de formes et d'apparences, ont en commun beaucoup de caractéristiques fondamentales. Ce sont d'énormes agglomérations d'étoiles comme notre Soleil, pouvant en contenir de plusieurs millions à plusieurs milliards. Mais, contrairement au Soleil, la plupart de leurs étoiles ne sont pas seules dans l'espace et se présentent par paires (binaires) ou en systèmes multiples.

Les galaxies géantes sont un million de fois plus massives que les plus petites : l'éventail des masses s'étend de quelques millions (10^6) de masses solaires, dans le cas des plus petites, à plusieurs billions (10^12) dans le cas des géantes comme M87 ou M77. En conséquence, le nombre d'étoiles qu'elles contiennent varie dans la même proportion.

Les dimensions linéaires des galaxies sont également très diverses, allant de quelques milliers d'années-lumière de diamètre pour les naines (comme M32), au chiffre respectable de plusieurs centaines de milliers. Parmi les plus grosses galaxies de Messier on trouve la galaxie d'Andromède, M31 et la brillante galaxie active de Seyfert II, M77.

Notre Voie Lactée, une spirale, fait partie des grandes galaxies massives avec au moins 250 milliards de masses solaires (certains indices laissent même penser que la masse totale se situerait entre 750 milliards et un billion (10^12) de fois celle du Soleil), et un disque de diamètre de 100 000 années-lumières.

En plus du très grand nombre d'étoiles individuelles, la plupart des galaxies contiennent typiquement les objets suivants :

Normalement les galaxies émettent de la lumière de toute longueur d'onde, depuis la gamme des ondes radio et des micro-ondes, puis celle de l'IR, du Visible et de l'UV, jusqu'aux rayonnements X et Gamma de haute énergie. La matière inter-stellaire est plus froide et donc mieux perçue en radio et en IR, tandis que les vestiges de supernova apparaissent mieux dans la partie du spectre électromagnétique de haute énergie.

Certains noyaux galactiques se démarquent nettement de la norme : ces noyaux actifs de galaxies, ainsi désignés, sont d'intenses sources de rayonnements dans toutes les longueurs d'ondes, depuis la radio jusqu'aux rayons X. Les phénomènes observés dans ces noyaux sont provoqués par la matière gazeuse s'effondrant, et interagissant, avec les objets centraux supermassifs mentionnés ci-dessus, selon un consensus largement partagé par les chercheurs. Parfois, leurs spectres indiquent d'énormes masses gazeuses en mouvement rapide ; les galaxies possédant ce type de noyau sont dites Galaxies de Seyfert (du nom de leur découvreur, Karl Seyfert). M77 est la galaxie de Seyfert la plus brillante du ciel. Quelques rares galaxies ont des noyaux encore plus exotiques, du fait de leur extrême compacité et leur extrême brillance, éclipsant totalement leur galaxie hôte ; ce sont des quasars (un acronyme pour QUAsi-StellAR objects). De par leurs propriétés, les quasars ressemblent beaucoup aux noyaux actifs des galaxies de Seyfert. Cependant, les quasars sont si rares et le plus proche est si loin que le plus brillant d'entre-eux, 3C273, à 2 milliards d'années-lumière dans la constellation de la Vierge, est seulement de magnitude 13,7 ; c'est pourquoi aucun d'entr'eux ne se trouve dans le catalogue de Messier, ni même dans le NGC ou l'IC.

Parfois, dans tous les types de galaxies et à intervalles irréguliers tenant du hasard, une supernova peut apparaître : il s'agit d'une étoile brillant soudainement avec une forte intensité, pouvant très bien surpasser celle de la galaxie entière ; la magnitude absolue d'une supernova peut ainsi atteindre -19 ou -20. Ce phénomène extraordinaire a attiré l'attention de nombreux astronomes (aussi bien professionnels qu'amateurs), qui observent régulièrement les galaxies dans leur "chasse" aux supernovae. Certaines ont été trouvées dans plusieurs galaxies du Catalogue de Messier.

Dans l'état actuel de nos connaisssances scientifiques, on considère que la plupart des galaxies (dont la Voie Lactée et celles cataloguées par Messier) se sont formées durant une période relativement courte, et à peu près en même temps, au cours du premier milliard d'années suivant le début de l'expansion de l'univers, depuis l'état initial infiniment dense et chaud. Elles sont donc presqu'aussi âgées que l'univers lui-même, considéré comme ayant entre 10 et 15 milliards d'années.On pense que la formation des galaxies a commencé lorsque les nuages de matière gazeuse primordiale (hydrogène et hélium) , formant les proto-galaxies, se sont séparés et ont commencé à s'effondrer sous l'effet de leur propre gravité. A l'aide de simulations sur ordinateurs, les différentes formes de galaxies proviennent des valeurs initiales des paramètres des proto-galaxies, tels que leur moment angulaire (initial), leur évolution en fonction du temps dans leur environnement, ou encore les interactions avec des galaxies voisines.

Liens

Références

Imagerie et atlas :

Naturellement, de belles photos de galaxies peuvent aussi être trouvées dans beaucoup d'autres ouvrages d'astronomie générale.

Guides spécialisés pour l'observation :

La plupart des guides d'observation du ciel profond conviennent également.

Ouvrages de fond :

Ouvrages historiques :

[Galaxy Clusters] Amas de Galaxies

Certaines galaxies sont isolées comme des "univers îles", qui flottent solitaires,dans une région de l'univers par ailleurs vide. Mais, en général, l'espace contient plutôt trop de ces objets, qui forment alors des groupes de quelques galaxies (voire de plusieurs douzaines), ou même de grands amas de plusieurs milliers d'individus. Dans ces groupes, les galaxies sont en interaction gravitationnelle mutuelle, ce qui peut avoir une influence significative sur leur morphologie.

Hartmut Frommert (spider@seds.org)
Christine Kronberg (smil@agleia.de)

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Dernière Modification : 25 Janvier 1998, 14:08

Traduction française
Bernard Trézéguet
12 Septembre 1999  -  3 Mars 2004