Amas galactiques

Structure des amas de galaxies

L'univers est constitué d'objets visibles observables, c’est à dire: gaz, poussières, nébuleuses, galaxies, particules, mais aussi de constituants non observables. Le reste serait de la matière noire et de l'énergie noire.
Environ 5 % de sa masse totale serait l'univers observable, 25% serait de la matière noire et 70% de l’énergie noire. Le modèle SCDM (Standard Cold Dark Matter) décrit un modèle cosmologique représentant un univers homogène et isotrope, dont la courbure spatiale est nulle et qui contient, en plus de la matière ordinaire, de la matière noire et de l’énergie noire. Ce modèle est à la base du modèle standard de la cosmologie. Les amas de galaxies sont les plus grandes structures observables de notre Univers. Ils sont constitués de centaines de galaxies, liées ensemble par leur propre attraction gravitationnelle. Entre les galaxies on y trouve de la matière constituée de gaz chaud, formant un plasma, dont la température atteint 10 à 100 millions de degrés. Ce plasma est un fort émetteur de rayons X.
De l'analyse spectrale de ces rayons X on en déduit la température de l'amas et sa dynamique. Les amas de galaxies se forment aux croisements des filaments qui composent cette toile d'araignée cosmique.

L'Univers est constitué de matière répartie le long de ses immenses filaments entre lesquels se trouvent de vastes bulles vides de matière. La matière s'écoule le long des filaments et converge vers les nœuds de la toile pour former des groupes, puis des amas de galaxies. Les amas de galaxies ne sont pas constitués que de galaxies, ils sont remplis de gaz extrêmement chaud (10-100 millions de degrés), de faible densité (1000 particules/m3). Ce gaz est distribué de façon beaucoup plus diffuse et étendue que les galaxies. Il remplit l'espace entre les galaxies et représente une masse bien plus importante que les galaxies elles-mêmes. A ces températures, le gaz est totalement ionisé, il s'agit d'un plasma.
Le plus lointain amas observé (ESO/VLT) est l'amas JKCS041 qui se situe à 10 milliards d'années.

Image : Image de la masse volumique d'une mince tranche de l'univers. La structure en toile d'araignée des amas de galaxies semble lier ensemble ces amas par des filaments de matière, mais la densité de l'Univers est bien plus grande que celle que l'on observe.

Groupe local

La Voie Lactée et la Grande Nébuleuse d'Andromède ont des galaxies satellites. Ces deux spirales géantes appartiennent à un groupement encore plus grand de 20 galaxies dont M31, M33, Maffei I et Maffei II, le Grand et le Petit Nuage de Magellan, appelé le Groupe local. Toutes ces galaxies se déplacent autour d'un centre commun situé entre notre Galaxie et la galaxie d'Andromède. Tous les observateurs connaissent la plus grosse et la plus brillante de toutes: M31, dans la constellation d'Andromède. Les amas de galaxies les plus connus sont Virgo, Pegasus I, Pisces, Cancer, Perseus, Coma, Ursa Major III, Hercules, Pegasus, Amas A, Centaurus, Ursa Major I, Léo, Gemini, Corona Borealis, Amas B, Bootes, Ursa Major II, Hydra II. Distante de 2,5 millions d'années-lumière, M31 est la galaxie la plus proche mais surtout c’est la seule qui soit visible à l'œil nu, par nuit sombre. On peut considérer le Groupe Local, ou d'autres groupes lui ressemblant comme des amas renfermant un nombre relativement restreint d'objets. Les amas de galaxies peuvent être bien plus importants. Si l'on descend jusqu'à la magnitude 21, il existerait ainsi 75 millions de galaxies.

Le groupe local fait partie d'un énorme complexe de 10 000 galaxies assemblées dans des amas s'étendant sur quelques 200 millions d'années lumières, appelé Superamas local ou Superamas de la Vierge. Le Superamas de la Vierge et les Superamas de l'Hydre et du centaure tombent eux-mêmes vers une autre grande agglomération d'amas de galaxies que l'on appelle le Grand Attracteur. De notre socle terrestre, nous participons à un fantastique ballet cosmique : la Terre nous propulse à 30 km/s autour du Soleil qui fend l'espace à 230 km/s autour de la Voie lactée. Celle-ci tombe à son tour vers la galaxie d'Andromède à 90 km/s, chacune de ses galaxies se précipitent à 45 km/s vers le centre du Groupe local, notre amas de galaxies. Le Groupe local se déplace à 600 km/s attiré par l'amas de galaxies de la Vierge et du superamas de l'Hydre et du Centaure, qui tombe à son tour vers le grand Attracteur.

nota: galaxie vient du grec "galactos" qui veut dire "lait", d'où le nom de notre Galaxie : la voie lactée.

Image : quelques galaxies de notre groupe local de galaxies. auteur Richard Powell.

Amas de galaxies Virgo

L'amas de la Vierge (Virgo) est un amas massif de galaxies qui domine le superamas de la Vierge. C’est le plus proche amas de galaxies de notre Galaxie, la Voie Lactée.
Il y a environ 2000 galaxies dans cet amas (mais 90% d'entre elles sont des galaxies naines).
Cet amas a un diamètre d'à peu près 15 millions d'années lumière, à peine plus que notre Groupe Local, mais il contient cinquante fois plus de galaxies.

Image : L'amas de galaxies Virgo, dominé par M86 (en haut), M84 (à droite), NGC 4388 en bas et NGC 4387 au milieu. source : Hawaiian Starlight, CFHT

N. B. : NGC : New General Catalogue est l'un des catalogues les plus connus dans le domaine de l'astronomie avec le catalogue Messier.
M : catalogue Messier est un catalogue astronomique d'objets d'aspect diffus.
IC : Catalogue d'Index de galaxies, nébuleuses et groupes d'Étoiles, servant de supplément au Nouveau Catalogue Général.
A : catalogue Abell des amas de galaxies listant 4 073 amas de galaxies publié en 1958 par George Abell (1927 - 1983).

Amas de galaxies Coma

Avec l'amas galactique du Lion (Abell 1367), l'amas de Coma est l'un des deux amas majeurs qui constituent le superamas de Coma. L'amas Coma est un amas de galaxies, sphérique, très dense en son centre, qui contient plus de 1000 galaxies identifiées et qui se situe à 300 millions d'années-lumière avec l'amas Virgo dans la constellation de la Vierge.

N. B. : Une galaxie héberge des milliards d’étoiles.

Image : L'amas de galaxies Coma.
Le superamas de Coma (La Chevelure de Bérénice) est un des superamas les plus connus.

Amas de galaxies Fornax

L'amas de galaxies Fornax se trouve à quelque 65 millions d'années-lumière de la Terre. Les galaxies du cœur de l'amas Fornax semblent se déplacer en direction d'un point commun, attiré par la gravité dominante de structures invisibles de matière sombre de cette région. Il y a dans la direction où se situe le Système du Fourneau, une galaxie naine distante de 600 000 années-lumière qui appartient au Groupe Local, c'est-à-dire au petit amas de galaxies dans lequel se trouve aussi la Voie Lactée, notre galaxie.

Image : L'amas de galaxies Fornax de l'observatoire Chandra révèle les émissions à haute énergie de plusieurs galaxies géantes proches du centre de l'amas Fornax et un immense nuage diffus de gaz chaud émettant des rayons-X.

Amas de galaxies Shapley

Sur la photo ci-contre, les objets bleus sont des galaxies et les objets jaunes sont des étoiles au premier plan. Au centre de l'amas, on trouve une gigantesque galaxie elliptique (ESO444-46) d'un diamètre de plus de 340  000 années lumière.

N. B. : la Galaxie, c’est le nom donnée à notre galaxie, a un diamètre de 100 000 années-lumière.

Image : L'amas de galaxies de Shapley A3558

Amas de galaxies de l'Hydre ou Abell 1060

L'amas de galaxies de l'Hydre, surnommé ainsi à cause de la constellation qu'il héberge, couvre un espace d'environ 10 millions d'années-lumière et contient plus de 100 brillantes galaxies. L'étude du rayonnement X émis par le gaz qu'il renferme en quantité entre ses galaxies, a révélé une proportion anormalement importante de matière sombre. Abell 1060 (A1060) est l'autre nom donné à cet amas de galaxies de l'hydre. Avec l'amas de la Vierge et celui du Centaure (A3526), l'amas de l'Hydre est un des trois plus grands amas de galaxies à moins de 200 millions d'années lumière de la voie lactée.
Il est courant de se référer à cette région du ciel en parlant de 'superamas Vierge-Hydre-Centaure'.

Image : L'amas de galaxies de l'Hydre

Amas de galaxies du Quintette

Le Quintette de Stéphan est un amas de galaxies, situé dans la constellation de Pégase. Cet amas contient normalement 5 galaxies principales. Une des galaxies est plus proche de nous, la bleue en bas à gauche, elle est à seulement 40 millions d'années lumière. Les galaxies s'attirent du fait de leur forte masse et il est probable qu'elles fusionneront un jour car les galaxies semblent fortement perturbées par l'effet de leurs interactions gravitationnelles. Nous le constatons sur cette image par les formes distordues des filaments qui s'étendent très loin du centre de la galaxie. Les membres de ce groupe sont NGC 7317, NGC 7318a, NGC 7318b, NGC 7319 et NGC 7320. Les 4 premières galaxies, en jaune sur l'image ci-contre, forment un groupe relativement compact, mais la galaxie bleutée NGC 7320 (en bas à gauche), est à l'écart du groupe bien que située dans la même région. Elle est en réalité beaucoup plus proche de nous que ses apparentes voisines, à seulement 40 millions d’années-lumière de distance. Effectivement, on parvient à distinguer un grand nombre d’étoiles individuelles dans la galaxie bleue, alors que la luminosité des autres galaxies jaunes du groupe, est beaucoup plus diffuse car situées à une distance d'environ 340 millions d'années-lumière. NGC 7319 est en haut à gauche, c'est une galaxie spirale barrée avec des bras spiraux distincts. Les taches bleues dans le bras spiral situé à droite de la barre, sont des groupes de plusieurs milliers d'étoiles. La plupart des galaxies du quintette sont trop loin, même pour Hubble, pour distinguer les étoiles individuellement.

Au centre de l'image, la galaxie semble avoir deux cœurs, mais ce sont en réalité deux galaxies, NGC 7318A et NGC 7318B. Un brillant amas de jeunes étoiles bleues, en train de naitre, encercle ces galaxies. Ces étoiles ont moins de 10 millions d'années et n'ont pas encore attiré entièrement leur nuage natal.
NGC 7317, en bas à droite, est une galaxie elliptique moins affectée par les interactions gravitationnelles.
Cet amas a été découvert en 1877 par l'astronome français Édouard Stephan, depuis l'observatoire de Marseille.

N. B. : NGC (New General Catalogue) est l'un des catalogues les plus connus dans le domaine de l'astronomie avec le catalogue Messier.

Image : L'amas de galaxies ESO 3598 ou l'amas de galaxies du Quintette de Stephan se situe près de la constellation de Pégase, le Cheval ailé. Cette magnifique trainée bleue au cœur de l'amas du Quintette est vue par le télescope à rayons X Chandra. Ce sillon bleu serait dû à l'extrême réchauffement des gaz environnants, par des ondes de choc provoquées par le passage de la galaxie NGC 7318b au milieu de ses voisines (NGC 7317, NGC 7318a, et NGC 7319). crédit NASA/CXC/CFa/CFHT/Coelum/C&EPhotos

Amas de galaxies de l'Hydre ou Abell 1060

Ce groupe de galaxies est probablement dans le processus de fusion. Cet étonnant ensemble de 3 galaxies connu sous le nom de groupe de NGC 7771 se situe à environ 200 millions d’années-lumière dans la constellation de Pégase. La plus grande galaxie spirale barrée NGC 7771 (à droite), mesure environ 75 000 années-lumière. Elle absorbera au fil du temps les autres galaxies pour n'en former qu'une, encore plus grande. Au fil de leurs passages répétés à proximité les unes des autres, ces galaxies finiront en effet par fusionner en une seule et même grande galaxie. Se déroulant sur des centaines de millions d’années, ce processus fait partie de l’évolution normale des galaxies, que connaitra également notre propre galaxie, la Voie lactée.

Parmi ces milliards d'étoiles qui fusionneront en une seule galaxie, probablement peu d'étoiles entreront en collision les unes avec les autres en raison de l'immense "vide" de l'espace. Les régions rouges des galaxies sont des régions de formation d'étoiles. Les régions bleues sont de jeunes étoiles chaudes qui se sont déjà formées. On peut aussi observer des régions de poussières autour des galaxies qui montrent la quantité incroyable de matière qui existe autour.

Image : L'amas de galaxies NGC 7771, comprend la galaxie NGC 7769, en bas à gauche sur l'image, la grande galaxie NGC 7771 à droite et la petite galaxie NGC 7770, au-dessus de NGC 7771. crédit & copyright : Kent Biggs

Amas de galaxies de Persée ou Abell 426

L'amas de Persée (Abell 426) fait partie du Superamas de Persée-Poissons (Pisces-Perseus) dans la constellation de Persée à 250 millions d'années lumière. Il contient environ 190 galaxies et le Superamas de Persée-Poissons contient environ 1 000 galaxies. C'est l'un des plus grands objets visible du ciel. Presque toutes les taches visibles sur cette image sont des galaxies. L'amas de Persée est, un des plus proches amas de galaxies. Le premier plan d'étoiles appartient à notre propre Galaxie, la Voie lactée, elles se signalent par leurs aigrettes de diffraction.
Au centre de l’amas, on aperçoit la galaxie principale de l’amas, NGC 1275, c'est la plus grande galaxie visible sur la gauche de l’image. La galaxie NGC 1275 est une prodigieuse source de radiations X et radio.

Image : L'amas de galaxies de Persée ou Abell 426. L'amas de Persée fait partie du Superamas de Persée-Poissons (Pisces-Perseus) dans la constellation de Persée à 250 millions d'années lumière.

Sextet de Seyfert

Le Sextet de Seyfert est un groupe de galaxies situé à environ 200 millions d'années-lumière, dans la tête de la constellation du Serpent. La constellation du Serpent est la seule constellation divisée en deux parties, la Tête et la Queue, séparées par la constellation d’Ophiuchus. L'amas de galaxies du Sextet de Seyfert contient en réalité que 4 galaxies en interaction gravitationnelle. Elles sont situées dans une petite région d'environ 100 000 années-lumière, la taille de notre Galaxie. Sur l'image ci-contre on voit en haut au centre en position horizontale, la galaxie NGC 6027 la plus brillante du groupe, la galaxie NGC 6027b située en haut à droite en position oblique, la galaxie spirale NGC 6027c en position horizontale et barrée par une ceinture de poussière nettement visible, elle est située sous NGC 6027b, NGC 6027e située en haut à gauche n'a pas de bulbe, ce n'est pas une galaxie mais simplement une queue d'étoiles accrochées par effet de marée, à la galaxie proche NGC 6027.

La galaxie NGC 6027a en bas de l'image est une galaxie spirale vue en position verticale. La belle galaxie spirale NGC 6027d, la seule galaxie vue par le dessus, est une petite galaxie bien plus éloignée que les autres et ne fait pas partie de l'amas du Sextet de Syfert, Il est probable que ce groupe de galaxies, sauf NGC 6027d, lié par la gravité dans un espace restreint, fusionne en une seule et vaste galaxie au cours des prochains milliards d'années. Chacune des galaxies en interaction a une largeur d'environ 35 000 années-lumière.

Image : Cette image du télescope spatial Hubble, nous montre le Sextette de Seyfert qui est un groupe de galaxies dans la constellation du Serpent à environ 200 millions d'années-lumière.
Crédit image: Hubble Legacy Archive, NASA, ESA;

Amas de galaxies Abell 2744

Le télescope spatial Hubble nous émerveille encore avec cet amas de galaxies Abell 2744, c'est le plus massif et le plus profond jamais photographié de tous les amas de galaxies. Ce cliché nous montre quelques-unes des galaxies les plus jeunes jamais détectées dans le cosmos profond. L'immense gravité de l'amas Abell 2744 déforme tant l'espace que l'image que nous voyons est déformée par cette courbure, comme à travers une lentille nous apercevons les galaxies agrandies qui se situent bien plus loin derrière Abell 2744. Les galaxies les plus éloignées ont environ 12 milliards d'années, elles sont nées peu de temps après le Big Bang. Dans cette exposition Hubble révèle près de 3000 de galaxies de fond intercalées avec des images de centaines de galaxies de premier plan appartenant à l'amas. Les galaxies lointaines apparaissent non seulement brillantes, mais aussi tachées, étirées et dupliquées à travers le champ gravitationnel d'Abell 2744. Le phénomène de lentille gravitationnelle amplifie les galaxies d'arrière-plan jusqu'à 10 à 20 fois, elles sont plus lumineuses et plus grandes que ce qu'elles sont réellement. D'ailleurs la plupart de ces galaxies seraient invisibles sans le phénomène de lentille gravitationnelle.

La longue exposition de Hubble sera combinée avec des images de Spitzer et Chandra de l'Observatoire de rayons X de la NASA pour fournir un nouvel éclairage sur l'origine et l'évolution des galaxies et de leurs trous noirs compagnons. 

Image : Cette longue exposition de l'amas de galaxies Abell 2744 est réalisée par le télescope spatial Hubble. L'image de l'amas de galaxies massif (au premier plan) est la plus profonde jamais réalisée. Les galaxies les plus éloignées ont environ 12 milliards d'années, elles sont nées peu de temps après le Big Bang.