Généralités sur les galaxies
La petite histoire
Comprendre simplement
Domaines de présence
Son interprétation dans l'avenir
Les références
Mais encore
by Pepe ©
 
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La petite histoire  Up Page
Origine, raisons, hasard
Afin de répertiorier l'ensemble des galaxies qui se trouvent dans l'univers, une dénomination a été choisie, suivant la forme de celles-ci. Le cliché qui vous est présenté ci-dessus, vous en montre les grands traits.

Comprendre simplement  Up Page
Vulgarisation, de 7 à 77 ans
En 1960, les trois astronomes Olin Eggen, Donald Lynden-Bell et Allan Sandage élaborent un modèle, nommé ELS (les trois initiales des fondateurs) de formation des galaxies. Selon ce modèle, les galaxies spirales se formeraient lorsque de grands nuages de gaz en rotation lente s'effondrent, entraînant une densification, puis une production d'étoiles. Plus vieilles, les étoiles du halo apparaîtraient d'abord, dans les zones périphériques des galaxies.
Pendant son aspiration vers le centre, le gaz s'enrichirait des constituants lourds, qu'ont éjectés les premières étoiles massives et de courte durée de vie au moment de leur mort. Le gaz tournerait alors de plus en plus vite, jusqu'à adopter, sous l'effet de la force centrifuge, la forme d'un disque en rotation rapide. Enfin, les étoiles du disque seraient fabriquées à partir de ce gaz déjà enrichi, et elles contiendraient donc des éléments lourds dès leur naissance.
 
Dans les années 1970, l'astrophysicien Richard Larson, de l'Observatoire de Yale, affina le modèle ELS grâce à des simulations numériques. Les galaxies elliptiques se formeraient lorsqu'au début de la phase d'effondrement, le "taux de natalité" des étoiles est si élevé que le gaz se condense intégralement en étoiles, avant qu'un disque ne puisse se former. En revanche, quand la production d'étoiles est plus modérée, la galaxie serait spirale.
Les galaxies elliptiques ne seraient donc pas nécessairement les précurseurs des galaxies spirales. Les différents types de galaxies résulteraient plutôt de l'interaction entre formation d'étoiles et la dynamique des galaxies.

Domaines de présence  Up Page
Amas de galaxies
Dans les amas de galaxies: les galaxies elliptiques sont majoritaires, elles constituent 75 % de toutes les galaxies. A l'inverse, les galaxies spirales privilégient un environnement isolé, en dehors ou sur le bord des amas. Les amas de galaxies sont des régions du cosmos très denses en matière. Or une forte densité de gaz est associée à un taux de naissance d'étoiles élevé. Par ailleurs, la proportion de galaxies spirales dans les amas galactiques les plus éloignés est notablement plus élevée que celle observée aujourd'hui. Le pourcentage de galaxies elliptiques ne dépasse plus 30 %. On en déduit - raisonnablement - que les galaxies spirales aujourd'hui minoritaires dans les amas galactiques ont évolué en galaxies elliptiques. Les fusions de galaxies modifient manifestement la morphologie des galaxies: les galaxies elliptiques seraient les produits d'une évolution turbulente à partir d'une galaxie à disque. Les divers types de galaxies elliptiques décrits initialement par Hubble représenteraient alors les produits finaux du développement galactique et non son commencement.

Son interprétation dans l'avenir  Up Page
La structure de l'Univers
Voie Lactée
Le Soleil est l'une des quelques centaines de milliards d'étoiles de la Voie Lactée, un disque plat d'environ 100 000 années-lumière de diamètre. La Voie Lactée, à son tour, est l'une des dizaines de milliards de galaxies de l'Univers observable. La grande galaxie la plus proche de la nôtre se trouve environ à deux millions d'années-lumière.
 
Regroupement en amas
Les galaxies elles-mêmes ne sont pas réparties au hasard: environ 5 à 10 % sont regroupées en amas qui contiennent jusqu'à 1 000 galaxies dans un volume de quelques millions d'années de diamètre.
 
Grandes structures
A la fin des années 1970, les progrès réalisés dans la fabrication des télescopes et des détecteurs autorisèrent d'extensifs recencements des décalages spectraux galactiques afin de créer des cartes en trois dimensions de l'Univers local. Au début des anées 1980, dans un article de Pour la Science, Stephen Gregory et Laird Thompson révélaient les détails de ces cartes en trois dimensions.
En 1986, Valérie de Lapparent, Margaret Geller et John Huchra, du Centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian, publièrent une carte de la répartition de 1099 galagies; un avant-goût de ce qui allait devenir un catalogue de 15 000 galaxies !
 
Le Grand Mur
Non homogénéité de l'Univers
Parmi les structures des plus remarquables de cette carte, l'une, nommée Grand Mur, s'étendrait sur près de 700 millions d'années-lumière d'un bord à l'autre de la région étudiée. Puisque la carte ne montrait pas le bord du Mur, son étendue totale restait inconnue.
La présence de ce Grand Mur et les incertitudes sur sa taille renforcèrent les soupçons au sujet du principe cosmologique, formulé par Einstein, à savoir que l'homogénéité de l'Univers n'est pas uniforme dans l'espace.
 
Bulles vides
La carte de distribution des galaxies révèle deux impressionnants "Grands Murs" dont on estime qu'ils regroupent chacun des milliers de galaxies, ainsi que des filaments et des bulles vides à toutes les échelles. Le premier de ces Murs a été découvert par le Centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian (CfA) au milieu des années 1980, mais la région observée était trop limitée pour que l'on puisse appréhender toute l'étendue du Mur. Le second, d'un milliard d'années-lumière de longueur, a été mis au jour dans le cadre du projet Sloan Digital Sky Survey (SDSS). La région montrée ne représente qu'environ 1 % du volume complet couvert.
 
Répartition des galaxies
A la fin des années 1980, James Gunn, de l'Université de Princeton, Richard Kron et Donald York, de l'Université de Chicago, au Fermilab réfléchissent au moyen de faire un travail de recencement rigoureux. Deux programmes de recencement astronomique naîtra de leurs idées.
En 1990, le Sloan Digital Sky Survey (SDSS) et le 2dF (Two Degree Field), respectivement le télescope de 2,5 mètres de diamètre (Point Apache, Nouveau-Mexique) et le télescope anglo-australien de 3,9 mètres, mesureront simultanément 640 objets pour le SDSS et 400 objets à la fois pour le 2dF. Ce second projet a mesuré le décalage vers le rouge de 221 414 galaxies en cinq ans.

Les références  Up Page
Réseau Pepe
Pour la Science octobre / décembre 2004 L'histoire de l'Univers n45
 
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Je crois que, si les êtres humains que nous sommes ne parviennent pas toujours à évoluer comme ils le souhaiteraient _à s'épanouir professionnellement, sentimentalement et sexuellement (ce que j'appelle les trois pôles d'intérêts) c'est parce qu'il y a des barrages qui entravent leur désir d'accéder à un rêve inachevé. Je pars du principe que tout est possible, à condition de s'entourer de gens qui nous poussent à croire en nous.
 
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Mais encore  Up Page
Le paradoxe de Zwicky
La distribution des galaxies dans un amas de galaxies conduit à une masse bien plus grande que celle obtenue à partir de toutes les galaxies.
 
Le Halo Massif
Vera Rubin découvre en 1948 que la rotation des galaxies spirales ne peut s'expliquer que par la présence d'une importante masse cachée.
 
Masses dynamiques et Lumineuses
Les observations conduisent à une masse cachée de plus de 10 fois la matière visible.
 
Densité masse critique
Matière visible: 0.01
Matière baryonique 0.05 à 0.15 (amas X, naines brunes)
Matière non baryonique 0.15 à 0.25
Matière chaude 0.05 (neutrinos massifs, vitesse proche de la lumière)
Matière froide 0.15 (fluctuation du fond cosmologique)
Densité du vide 0.7 à 0.8 (énergie du vide, à l'échelle 10-35 cm).
 
Le retour de l'éther pourrait refaire son apparition, au vue des observations faites sur les supernovae lointaines. Les physiciens nomment ce milieu aux propriétés solides: la quintessence.
 
Le spectre de puissance
Le spectre de puissance récapitule la structure de l'Univers. On mesure le nombre de galaxies dans un volume de taille donnée (échelle d'observation) et on compare la densité obtenue à celles des volumes voisines (fluctuations de densité). Les informations fournies par les recensements galactiques (en rouge) sont complétées par celles issues de l'étude du fond diffus cosmologique (en violet) et des mirages gravitationnels (en bleu), ainsi que des recensements d'amas de galaxies (en jaune) ou de nuages d'hydrogène (en vert): tout concorde ! Ces données sont conformes aux prédictions (ligne orange) qui indiquent à quoi ressemblerait l'Univers si la matière y était répartie de façon homogène à toutes les échelles.

 
Rotation d'une galaxie
La courbe de rotation d'une galaxie montre la vitesse des étoiles en fonction de leur distance au centre galactique. Par exemple, le Soleil effectue un tour de la Voie lactée en 226 millions d'années. Les étoiles des galaxies spirales ont des orbites quasi circulaires. Deux effets déterminent la vitesse: la distribution de la masse et l'atténuation de la force de gravitation avec la distance. Le premier effet domine dans les régions internes de la galaxie, mais s'efface plus loin au profil du second effet.
D'après la loi de gravitation de Newton, la courbe de rotation (en vert) devrait augmenter, stagner, puis décroître indéfiniment. Ce qui ne correspond pas  à la réalité: même en l'absence de matière à l'extérieur de la galaxie, la vitesse des étoiles reste constante. L'hypothèse MOND (en rouge) vient donc conforter les astrophysiciens !