Les bras galactiques

Les galaxies

Les grandes galaxies se développent en attirant de petites galaxies lorsqu'elle passent à proximité. On ne peut que s'émerveiller de la beauté de ces briques de l'univers. Les galaxies sont quelques centaines de milliards et leur nombre s'accroit chaque fois que notre technologie spatiale se perfectionne, faisant reculer l'horizon cosmique. Les galaxies sont nées, 3 à 4 milliards d'années après le Big Bang. C’est la gravité qui a transformé des nuages diffus d'hydrogène et d'hélium, en embryons de galaxies. Ces embryons se sont effondrés sous l'effet de leur propre gravité. Cet effondrement a comprimé et chauffé la matière gazeuse, la transformant en des centaines de milliards de petites boules gazeuses, de quelques millions de degrés, appelées 'étoiles'. Lorsque toute la matière gazeuse s'est métamorphosée en étoiles, ces galaxies deviennent alors elliptiques; 30% des galaxies sont elliptiques. Certaines galaxies parviennent à transformer 80% de la masse gazeuse, en étoiles. Le cinquième restant s'aplatit en un disque mince, continuant à se convertir en étoiles, beaucoup plus lentement et de préférence le long des bras spiraux qui s'y dessinent.

Ce sont les galaxies spirales qui dominent le monde galactique, 60% des galaxies sont spirales. La galaxie Messier 51, sur l'image ci-contre, en est un des plus beaux exemples, elle ressemble à un cyclone géant. D'autres galaxies mettent beaucoup plus de temps pour convertir la matière gazeuse en étoiles, car elles sont naines, elles ne contiennent que quelques milliards d'étoiles, n'ayant aucune forme spéciale, elles sont appelées 'galaxies irrégulières'.
10% des galaxies sont irrégulières.
Les galaxies vivent au milieu d'autres galaxies et interagissent avec leur environnement, surtout là où la densité de galaxies est très élevée, au cœur des amas on peut trouver 1 000 à 10 000 galaxies dans un cube de quelques millions d'années-lumière de côté.
Dans notre groupe local, il n'y a que 10 galaxies dans un cube de même taille.
Le télescope spatial Hubble nous montre, ici sur l'image, la puissance gravitationnelle de NGC 5194 attirant son compagnon NGC 5195. En fait, cette pratique est courante dans tout l'univers.

Image : La galaxie Whirlpool NGC 5194 de 60 000 années-lumière de diamètre est connue aussi sous le nom de M51 ou la « galaxie tourbillon ». Elle absorbe NGC 5195, son compagnon à droite. Image Hubble.

Les bras de la Voie Lactée

Chaque bras de notre galaxie décrit une sorte de spirale logarithmique. Il y aurait quatre bras majeurs partant du centre de la Galaxie, le bras de Persée, le bras du Cygne, le bras du Centaure et le bras du Sagittaire. Cependant notre Soleil voyage dans le petit bras d'Orion ou bras local, plus court que les 4 autres.
Quelle est la vitesse de rotation de notre galaxie ?
Les résultats publiés en 2009, à partir du suivi des étoiles les plus brillantes de notre galaxie par un réseau de 10 radiotélescopes, montrent qu’au niveau du soleil, la galaxie tourne à une vitesse de 217 km/s. Si les étoiles gravitent autour du centre en formant un bras galactique, elles ne tournent pas à l’unisson. Les étoiles les plus proches du centre bouclent leur tour plus rapidement que celles qui sont éloignées, comme le Soleil, situé environ à la moitié du rayon galactique. Cette décroissance de la vitesse de révolution du centre vers le bord du disque galactique implique que les spirales ne sont pas des structures rigides, mais évoluent dans le temps.
Comment les bras conservent-ils alors leur forme spirale ?
Dans les années 1960, Chia-Chiao Lin et Frank Shu, de l’Institut de technologie du Massachusetts (MIT) ont proposé une théorie compliquée dite des ondes de densité. Les bras spiraux sont des « bosses » d’ondes de densité, où les étoiles s’accumulent de façon temporaire comme dans un embouteillage cosmique. Les orbites des étoiles dans une galaxie ne sont pas régulières comme celles des planètes autour du Soleil.

La répartition des masses d’une galaxie n'étant pas une masse ponctuelle, cela force les étoiles à décrire des ellipses qui ne se ferment pas sur elles-mêmes.
Elles forment des rosaces. Ce décalage des ellipses est dû aux ondes de densité galactiques.

Image : Le bras d'Orion ou bras local contient le Soleil, petit bras en couleur orange sur cette image. Le Soleil est situé dans le bras d'Orion de notre Galaxie et tourne à une vitesse de ≈217 km/s autour du centre galactique, faisant un tour tous les ≈240 millions d'années.